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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS<br />
FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
M 1 / UD 1
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
ÍNDICE<br />
Introducción.................................................................................. 9<br />
Objetivos........................................................................................ 11<br />
1. Introducción al temario.......................................................... 13<br />
2. Definición de termodinámica ................................................ 14<br />
3. Introducción al concepto de energía .................................... 15<br />
4. Introducción al concepto de trabajo ..................................... 16<br />
5. Expresión del primer principio de la termodinámica.......... 17<br />
6. Termometría............................................................................ 18<br />
6.1. Definición de calor....................................................... 18<br />
6.2. Relación calor-movimiento molecular ........................ 18<br />
6.3. Definición de frío ......................................................... 18<br />
6.4. Intercambio de calor - Flujo de calor.......................... 19<br />
6.5. Transmisión de calor.................................................... 20<br />
6.6. Medición de la temperatura ........................................ 26<br />
6.7. Escalas termométricas .................................................. 27<br />
6.8. Fenómenos de dilatación............................................. 29<br />
6.9. Cero absoluto y escala termodinámica........................ 32<br />
6.10. Unidades de calor..........................................................<br />
6.11. Fórmulas para la conversión de unidades<br />
33<br />
de temperatura .............................................................. 33<br />
6.12. Calor específico ............................................................. 34<br />
6.13. Calor latente .................................................................. 35<br />
6.14. Calor sensible................................................................. 37<br />
6.15. Definición de sustancia pura ........................................ 38<br />
6.16. Estados físicos de una sustancia pura........................... 38<br />
6.17. Cambios de estado físicos ............................................. 40<br />
6.18. Saturación ......................................................................<br />
6.19. Diagramas de propiedades para procesos<br />
51<br />
de cambios de fase......................................................... 54<br />
7. Comportamiento de los gases ................................................ 60<br />
7.1. Introducción.................................................................. 60<br />
7.2. Características de los gases............................................ 60<br />
7
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
7.3. Definición de gas ideal.................................................. 63<br />
7.4. Ecuación de estado de un gas ideal.............................. 64<br />
7.5. Constante de gas universal............................................ 65<br />
7.6. Masa molar..................................................................... 65<br />
7.7. Compresión de un gas ideal ........................................ 66<br />
8. Calor y trabajo ......................................................................... 68<br />
8.1. Clasficación, formas y tipos de energía........................ 68<br />
8.2. Definición de trabajo .................................................... 69<br />
8.3. Tipos de transformación del trabajo............................ 71<br />
8.4. Potencia.......................................................................... 73<br />
8.5. Unidades de medida ..................................................... 74<br />
8.6. Estudio de los ciclos termodinámicos .......................... 75<br />
9. Estudio termodinámico de los ciclos de refrigeración......... 80<br />
9.1. Introducción.................................................................. 80<br />
9.2. El ciclo de refrigeración................................................ 80<br />
9.3. Diagramas termodinámicos .......................................... 81<br />
9.4. Diagrama P-V o diagrama de andrews ......................... 83<br />
9.5. Diagrama T-S o diagrama entrópico ............................ 84<br />
9.6. Diagrama P-H o diagrama entálpico............................ 84<br />
9.7. Diagrama H-S................................................................. 85<br />
10. Higrometría............................................................................. 86<br />
10.1. Introducción.................................................................. 86<br />
10.2. Definiciones ................................................................... 86<br />
10.3. Métodos y aparatos de medida ..................................... 96<br />
10.4. Carta psicrométrica ....................................................... 99<br />
10.5. Composición diagrama psicrométrico......................... 100<br />
10.6. Estudio de las operaciones de tratamiento de aire ..... 107<br />
Resumen ........................................................................................ 117<br />
Glosario.......................................................................................... 123<br />
Cuestionario de Autoevaluación.................................................. 143<br />
Bibliografía .................................................................................... 147<br />
8
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
INTRODUCCIÓN<br />
La termodinámica se define como la parte de la física que estudia las<br />
relaciones existentes entre los fenómenos dinámicos y los caloríficos, es<br />
decir, trata de la transformación de la energía mecánica en calor y del<br />
calor en trabajo.<br />
También describe y relaciona las propiedades físicas de sistemas<br />
macroscópicos de materia y energía, así como los sistemas que se<br />
encuentran en equilibrio.<br />
Un concepto esencial de la termodinámica es el de sistema macroscópico,<br />
que se define como un conjunto de materia que se puede aislar<br />
espacialmente y que coexiste con un entorno infinito e imperturbable.<br />
El estado de un sistema macroscópico en equilibrio puede describirse<br />
mediante propiedades medibles como la temperatura, la presión o el<br />
volumen, que se conocen como variables termodinámicas, siendo posible<br />
identificar y relacionar entre sí muchas otras variables (como la densidad,<br />
el calor específico, la compresibilidad o el coeficiente de expansión<br />
térmica), con lo que se obtiene una descripción más completa de un<br />
sistema y de su relación con el entorno.<br />
Cuando un sistema macroscópico pasa de un estado de equilibrio a otro,<br />
se dice que tiene lugar un proceso termodinámico. Las leyes o principios<br />
de la termodinámica, descubiertos en el siglo XIX a través de meticulosos<br />
experimentos, determinan la naturaleza y los límites de todos los procesos<br />
termodinámicos. Los principios de la termodinámica tienen una<br />
importancia fundamental para todas las ramas de la ciencia y la ingeniería.<br />
En esta unidad nos centraremos en el estudio del comportamiento de<br />
la energía calorífica y las formas en que la energía se transforma en calor.<br />
Esto nos ayudará a comprender mejor de forma general por qué las<br />
máquinas no pueden ser totalmente eficientes y por qué es imposible<br />
enfriar un sistema hasta el cero absoluto, y en particular se estudiarán<br />
y comprenderán los conceptos básicos que serán necesarios en las<br />
siguientes unidades.<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
OBJETIVOS<br />
En esta unidad se pretende que el alumno adquiera conocimientos<br />
básicos, y conozca conceptos que le serán útiles para la comprensión de<br />
las siguientes unidades. En concreto se tratará:<br />
• Calor, frío, trabajo, potencia, transmisión de calor y sus mecanismos,<br />
medición de la temperatura, consecuencias de los cambios de<br />
temperaturas, parámetros característicos de los gases, ciclos<br />
termodinámicos y estudio del acondicionamiento de aire.<br />
• Relaciones que existen entre los conceptos que se estudian, así como<br />
las formas en las que se pueden alterar estas relaciones.<br />
• Compresión de las relaciones que existen entre el estado de equilibrio<br />
de un sistema y las influencias externas a las que está sujeto el mismo.<br />
• El comportamiento de las sustancias utilizando como herramienta<br />
la termodinámica y en particular los diagramas de fase.<br />
• Proporcionar los fundamentos de psicrometría y de acondicionamiento<br />
de aire para comprender mejor el funcionamiento de las instalaciones<br />
de acondicionamiento de aire.<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
1. INTRODUCCIÓN AL TEMARIO<br />
En esta primera parte del temario se estudiarán conceptos básicos de la<br />
termodinámica, como calor trabajo, comportamiento de los gases y ciclos<br />
frigoríficos para poder comprender mejor los siguientes temas, que<br />
tienen como fin el estudio de sistemas frigoríficos que realicen las<br />
conversiones deseadas entre distintos tipos de energía.<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
2. DEFINICIÓN DE LA TERMODINÁMICA<br />
La termodinámica se define como la ciencia que estudia, interpreta y<br />
explica las interacciones energéticas que se dan entre los sistemas<br />
materiales, formulando leyes que rigen dichas interacciones, o dicho de<br />
una forma más practica, la termodinámica es la ciencia que estudia la<br />
energía y sus transformaciones, incluidas la formación de potencia, la<br />
refrigeración y las relaciones entre las propiedades de la materia.<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
3. INTRODUCCIÓN AL CONCEPTO DE ENERGÍA<br />
Aunque intuitivamente todo el mundo tenga una idea del concepto de<br />
energía, es difícil dar una definición precisa de él. A groso modo se<br />
puede decir que es la capacidad para producir cambios.<br />
Así por ejemplo, la obtención de energía de una persona se hace a través<br />
de los alimentos.<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
4. INTRODUCCIÓN AL CONCEPTO DE TRABAJO<br />
La energía se emplea en andar, hablar, etc., en definitiva, en la realización<br />
de actividades que suponen trabajo.<br />
Siguiendo con este ejemplo, observamos que cuando una persona tiene<br />
una energía de entrada (alimentos) mayor que su salida (ejercicio) gana<br />
peso. También cuando una roca cae por un acantilado, gana velocidad<br />
a costa de perder altura, es decir, conforme pierde energía potencial<br />
gana energía cinética.<br />
16
5. EXPRESIÓN DEL PRIMER PRINCIPIO<br />
DE LA TERMODINÁMICA<br />
Siguiendo los dos apartados anteriores, vemos cómo se cumple una de<br />
las leyes fundamentales de la naturaleza: “La energía ni se crea ni se<br />
destruye; sólo se transforma”, principio que se expone de una forma<br />
sencilla en la primera ley de la termodinámica:<br />
donde:<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
∆ u = q-w<br />
u es la variación de energía del sistema de un estado inicial hasta otro<br />
final Uf-Ui (energía final - energía inicial).<br />
q es el calor generado en el proceso.<br />
w es el trabajo realizado para pasar del estado inicial al estado final.<br />
Concluyendo así que la energía se puede emplear para la obtención de<br />
calor y trabajo.<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
6. TERMOMETRÍA<br />
Cuando tocamos un objeto el sentido del tacto nos proporciona<br />
sensaciones que nos permiten comparar la temperatura de un cuerpo<br />
con respecto a otro o con el medio que lo rodea, pero se trata sólo de<br />
una apreciación cualitativa y no es suficiente para poder dar una definición<br />
del término “temperatura”, que es una de las magnitudes básicas para<br />
el estudio de cualquier sistema termodinámico.<br />
La termometría se basa en el estudio de los conceptos que hacen que<br />
podamos convertir en algo cuantitativo o mensurable adjetivos como<br />
“frío” o “caliente”.<br />
6.1. Definición de calor<br />
El calor se manifiesta de muchas formas en nuestra vida diaria: el calor<br />
solar, el calor generado al frotar las manos, el paso de corriente por una<br />
resistencia eléctrica con el desprendimiento de calor de una bombilla,<br />
etc., así pues, es una sensación que percibimos cuando nos encontramos<br />
enfrente de un cuerpo incandescente.<br />
El calor es la energía que se transfiere entre dos sistemas (o de un sistema<br />
y sus alrededores).<br />
6.2. Relación calor - movimiento molecular<br />
El calor está relacionado con el movimiento de las partículas que son las<br />
divisiones más pequeñas que se puede hacer de cualquier sustancia sin<br />
que pierda su identidad química; de la siguiente forma:<br />
Una molécula al moverse genera calor y cuanto mayor sea su movimiento<br />
o velocidad más calor genera.<br />
Por otro lado, esta molécula al moverse choca con otras moléculas que,<br />
a raíz de esto, ven aumentada su velocidad y por lo tanto su generación<br />
de calor y que a su vez chocan con otras moléculas que chocan con<br />
otras,... etc. Así pues, cuanto más alta sea la velocidad de las moléculas<br />
que componen una sustancia mayor será la temperatura de esa sustancia<br />
manteniendo las condiciones del medio que la rodea.<br />
6.3. Definición de frío<br />
Es la sensación que se produce con la falta de calor, es el término negativo<br />
del calor, que indica su disminución o ausencia.<br />
Si de alguna forma “extraemos” calor de una sustancia, el movimiento<br />
de sus moléculas será cada vez más lento. La “potencia” de un compresor<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
o máquina frigorífica está relacionada con este concepto, ya que se refiere<br />
a la cantidad de frío producido, o mejor dicho, a la cantidad de calor<br />
que puede absorber.<br />
Así, si en el apartado anterior veíamos cómo el calor era un indicador<br />
del estado de agitación de las moléculas que componen una sustancia,<br />
en este apartado deducimos que el frío, por el contrario, es un indicador<br />
de que el movimiento de las moléculas es lento.<br />
6.4. Intercambio de calor - Flujo de calor<br />
El movimiento de las partículas genera energía, como hemos visto<br />
anteriormente. Este tipo de energía se llama calor, y se define como la<br />
forma de energía que se transfiere entre dos sistemas, o entre un sistema<br />
y su entorno, cuando sus temperaturas son diferentes, de forma que pasa<br />
de uno a otro hasta que la cantidad de calor de ambos se iguala y se llega<br />
a un estado de equilibrio.<br />
Si pensamos en esto último deducimos con rapidez que el calor pasa del<br />
cuerpo o sistema que tiene “más cantidad de calor” al cuerpo o sistema<br />
que tiene “menos cantidad de calor”.<br />
Ejemplo: un caso muy cotidiano de esta transferencia de energía es lo<br />
que ocurre en nuestros frigoríficos.<br />
El evaporador de un frigorífico es la parte que absorbe calor, es decir el<br />
cuerpo frío (su configuración y funcionamiento será tratado con más<br />
detalle en el apartado correspondiente de esta unidad didáctica); el<br />
cuerpo caliente lo forman los alimentos que metemos en la nevera.<br />
Estos alimentos están, como poco, a temperatura ambiente cuando los<br />
introducimos en la nevera; el evaporador, por el contrario, se encuentra<br />
a varios grados bajo cero, con lo cual, el calor de los alimentos pasa al<br />
evaporador, consiguiendo así que se enfríen.<br />
El calor, como forma de energía, tiene las siguientes unidades de medida<br />
entre las más usuales:<br />
• Caloría [cal]: una caloría es la unidad de calor aportada o extraída<br />
para aumentar o reducir en un grado centígrado la temperatura de<br />
un gramo de agua.<br />
• Julio [J]: la cantidad de calor aportado o extraído para aumentar o<br />
reducir en un grado centígrado la temperatura de un gramo de agua<br />
es equivalente a 4´187 Julios.<br />
Esta es la unidad que se utiliza en el Sistema Métrico Internacional.<br />
• British Thermal Unit [Btu]: un Btu es la unidad de calor extraída<br />
19
para reducir en un grado Fahrenheit la temperatura de una libra de<br />
agua.<br />
Esta unidad de medida pertenece al sistema angloamericano.<br />
• Frigoría [fg]: es la unidad que se utiliza en la industria frigorífica<br />
para expresar las cantidades de calor transmitidas y para valorar la<br />
potencia de los compresores y máquinas frigoríficas.<br />
La Frigoría es una kilocaloría negativa:<br />
1 fg = -1 kcal<br />
En el caso de la potencia de las máquinas frigoríficas, la hora es la<br />
unidad de tiempo utilizada para expresarla:<br />
Potencia frigorífica = fg/h<br />
La correspondencia entre las unidades antes expresadas es la siguiente:<br />
1 Julio = 0´2389 kcal<br />
= -0´2389 fg<br />
= 0´9478 Btu<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
1 fg ó 1 kcal = 3´968 Btu<br />
1Btu = 0´2516 kcal ó 0´2516 fg<br />
6.5. Transmisión de calor<br />
Como ya hemos visto en el apartado anterior, al estar un sistema en<br />
presencia de otro, el calor se transmite del más caliente al menos caliente.<br />
Este intercambio de calor no se termina hasta que la temperatura de<br />
ambos sistemas se iguale, llegando a un estado de equilibrio térmico.<br />
La cantidad de calor transferida en el proceso entre dos estados 1 y 2 se<br />
expresa por medio de Q 12, o sólo por Q. Por otro lado, q es la transmisión<br />
de calor por unidad de masa de un sistema, y se determina de la siguiente<br />
manera:<br />
q = Q/m (kJ/kg)<br />
Así, en el ejemplo, q = 10/2 = 5kJ/kg<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Muchas veces es mejor conocer la cantidad de calor transferida por<br />
unidad de tiempo :<br />
= Q/ t<br />
En el ejemplo anterior = 10/5 = 2 kJ/s<br />
En cuanto a la dirección del flujo de calor la cantidad Q = 10 kJ no nos<br />
dice nada por sí sola, es decir, no sabemos si los 10 kJ son transferidos<br />
a nuestro o por nuestro sistema, a no ser que adoptemos un criterio de<br />
signos.<br />
El signo universalmente aceptado para el flujo de calor es el siguiente:<br />
la transferencia de calor hacia un sistema es positiva y la transferencia<br />
de calor desde un sistema es negativa; en definitiva, los flujos que<br />
incrementen la energía de un sistema se consideran con signo positivo<br />
y los que la disminuyan se cuentan con signo negativo.<br />
A la hora de la práctica debe darse gran importancia a los fenómenos<br />
físicos que rigen la transmisión del calor de un sistema a otro, o a través<br />
del mismo, siempre intentando conseguir dos objetivos:<br />
• Una transferencia de calor entre la parte fría y la parte caliente de<br />
la máquina frigorífica tan elevada como sea posible.<br />
• Una transferencia de calor entre el espacio refrigerado y el exterior<br />
tan bajo como sea posible.<br />
Para poder llevar a cabo estos dos objetivos es necesario distinguir los<br />
procesos que permiten esta transferencia de calor, definir los coeficientes<br />
de transmisión para cada proceso así como definir el coeficiente global<br />
de transmisión resultante de la simultaneidad de los distintos procesos<br />
de transferencia térmica.<br />
Se consideran tres formas de transmisión física del calor desde un cuerpo<br />
caliente a un cuerpo frío:<br />
- Por conducción.<br />
- Por convección.<br />
- Por radiación.<br />
Conducción<br />
La transmisión de calor por conducción es aquella que se realiza en un<br />
mismo cuerpo cuando sus partes presentan temperaturas distintas, o<br />
también entre cuerpos distintos que se encuentran a distintas temperaturas,<br />
siempre que estén en contacto físico.<br />
Es el resultado de aumentar la energía cinética parte de las moléculas<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
de una sustancia, como se vio en apartados anteriores. Las moléculas<br />
que ven aumentada su energía cinética o velocidad van chocando con<br />
las que tienen al lado y éstas a su vez con otras… etc., obteniendo como<br />
resultado la propagación progresiva del calor en esa sustancia, cuerpo<br />
o sistema.<br />
Un ejemplo típico de este mecanismo de transmisión de calor es lo que<br />
ocurre cuando calentamos el extremo de una varilla metálica. Las<br />
moléculas del extremo ven aumentada su velocidad y comienzan a chocar<br />
con las que tienen a su alrededor, haciendo que la varilla se caliente a<br />
medida que pasa el tiempo y se producen choques entre partículas. Ésta<br />
es la explicación de que existan zonas diferenciadas, en cuanto a<br />
temperaturas se refiere, dentro de la misma varilla; es porque el<br />
movimiento de las partículas es distinto, es decir, el calor se va<br />
transmitiendo de unas a otras a lo largo de un periodo de tiempo<br />
conforme se va transmitiendo el movimiento.<br />
Otro ejemplo es lo que pasa cuando metemos una lata de refresco dentro<br />
del frigorífico. El calor del fluido que contiene se va transmitiendo a la<br />
lata conforme ésta se enfría.<br />
Entre los distintos materiales que existen se suele hacer una clasificación<br />
en dos grandes grupos, en función de la facilidad que tengan para<br />
propagar el calor por conducción.<br />
Aquellos materiales que no ofrecen resistencia a la propagación del calor<br />
se denominan conductores térmicos. Los metales en general son buenos<br />
conductores y, de entre ellos, la plata, el cobre y el aluminio son los<br />
mejores.<br />
Los materiales que, por el contrario, ofrecen una gran resistencia a la<br />
propagación del calor por conducción se denominan aislantes o<br />
calorífugos. Entre ellos se encuentran, en general, cuerpos que almacenan<br />
aire, como las plumas, la lana y también el corcho, poliestireno, cartón,…<br />
etc.<br />
También existen otros materiales que, sin ser aislantes térmicos, propagan<br />
el calor en muy poca medida, como pueden ser la madera, el vidrio,<br />
bastantes materias plásticas y la cerámica.<br />
Todos estos materiales son muy útiles en la industria, como forros para<br />
mangos de objetos que pueden alcanzar temperaturas que pueden ser<br />
peligrosas para la piel humana, o como aislantes en construcción de<br />
edificios.<br />
Por todo esto se puede deducir que cada cuerpo posee una resistencia<br />
a la propagación del calor que le es propia, debiéndose determinar para<br />
cada uno la cantidad de calor que transmite, denominándose esa cantidad<br />
de calor coeficiente de conductividad térmica.<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
El coeficiente de conductividad térmica de un cuerpo se define como<br />
la cantidad de calor que atraviesa en una hora un metro cuadrado de<br />
dicho cuerpo, con un espesor de un metro y una diferencia de temperatura<br />
de un Kelvin o un grado centígrado entre las dos caras del cuerpo. Este<br />
coeficiente se denota como y sus unidades son vatios por metro cuadrado<br />
de espesor y por kelvin:<br />
: W/m x K<br />
Otro concepto a tener en cuenta es el flujo de calor que atraviesa un<br />
cuerpo, denotado por cuya expresión es:<br />
= x A x ( 1- 2) x 1/e<br />
Dada esta fórmula, vemos como el flujo de calor que atraviesa un cuerpo<br />
es proporcional a:<br />
• Coeficiente de conductividad térmica (W/m x K).<br />
• La superficie a través de la cual se realiza el intercambio térmico A<br />
(m2 ).<br />
• La diferencia de temperaturas entre la parte calida y la parte fría<br />
hacia donde se propaga el calor 1- 2 (ºC ó K).<br />
y es inversamente proporcional al espesor que atraviesa e (m).<br />
La cantidad de calor transmitida a través del cuerpo durante un tiempo<br />
t vendrá dada por la expresión:<br />
Q = t = x A x ( 1- 2) x 1/e x t<br />
y se expresará en Julios (J).<br />
Ejemplo: Consideremos el caso de un cuerpo compuesto por distintos<br />
materiales, como puede ser la pared de una cámara frigorífica<br />
Cada uno de estos materiales reaccionará al paso del flujo calorífico de<br />
diferente manera, como hemos visto con anterioridad, en función de<br />
sus coeficientes de conductividad térmica y sus espesores, así que la<br />
expresión correcta que deberemos adoptar para este caso en la siguiente:<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Donde K es el coeficiente de conductividad térmica de un muro<br />
homogéneo con un espesor total idéntico al tratado y que viene de la<br />
siguiente expresión:<br />
Para obtener la cantidad de calor transmitida a través de la pared en un<br />
tiempo determinado, bastará con multiplicar la expresión de por el<br />
intervalo de tiempo transcurrido en segundos:<br />
Convección<br />
Este medio de transmisión de calor es típico de los líquidos y de los gases.<br />
La diferencia de temperatura existente en el seno de los fluidos hace<br />
que las partículas más calientes pesen menos, provocando variaciones<br />
de densidad. Estas variaciones se deben a que las partículas del fluido<br />
que están en contacto con una superficie sólida a distinta temperatura<br />
ven variada su velocidad por aporte o cesión de calor, como hemos visto<br />
en otros apartados, creando en las demás partículas del fluido más<br />
movimiento, conocidos como movimientos de convección, que tienden<br />
a igualar las temperaturas de los distintos puntos del fluido. Por lo tanto,<br />
los movimientos de convección son esenciales en la transmisión de calor<br />
de un cuerpo sólido y un fluido.<br />
Existen dos tipos de movimientos de convección: naturales o forzados,<br />
por lo que siempre distinguiremos entre convección natural, que es la<br />
que se da, por ejemplo, en una instalación convencional de radiadores,<br />
y convección forzada, que es la que se produce con la utilización de<br />
ventiloconvectores (se fuerzan corrientes de aire con ventiladores previos<br />
a una batería de agua haciendo que el aire adquiera temperatura cedida<br />
por las baterías).<br />
Ejemplo: El caso del funcionamiento del evaporador en un frigorífico<br />
sería también un caso típico de convección donde el vehículo que enfría<br />
los alimentos es el aire que está en contacto tanto con los alimentos, de<br />
donde recoge el calor, como con el evaporador, al que cede o absorbe<br />
el calor.<br />
Tal y como ocurría con la convección, si consideramos una superficie A<br />
de un cuerpo sólido a una temperatura 1 en contacto directo con un<br />
fluido a temperatura 2, el flujo de calor intercambiado entre el sólido<br />
y el fluido vendrá dado por la expresión:<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
y la cantidad de calor transmitida durante el tiempo t tendrá el valor:<br />
donde hc es la cantidad de calor que pasa en una hora desde una<br />
superficie de un metro cuadrado, expuesta al medio ambiente, cuando<br />
la diferencia de temperatura entre dicha superficie y el medio ambiente<br />
es de un grado Celsius, expresándose, por lo tanto, en W/m2 x K.<br />
El flujo de calor transmitido por convección entre un cuerpo sólido y el<br />
fluido que lo rodea depende de diversos factores, como la diferencia de<br />
temperatura entre ambos, la velocidad con la que se desplaza el fluido,<br />
el material, la forma y las dimensiones del sólido, hecho que hace que<br />
las leyes de la transmisión de calor por convección sean muy complejas.<br />
Para los casos prácticos más comunes tendremos en cuenta que para el<br />
aire en calma hc = 5 a 7 W/m2 x K, valor que se eleva hasta 25 W/m2 x<br />
K para el aire con una gran agitación.<br />
Radiación<br />
La transmisión de calor por radiación se basa en que todos los cuerpos<br />
emiten, bajo cualquier temperatura, radiación térmica de naturaleza<br />
electromagnética.<br />
Los rayos caloríficos se propagan en línea recta en el espacio, incluso en<br />
el vacío, ya que, al contrario de lo que les sucede a la convección y<br />
conducción, la radiación no necesita de ningún medio material para<br />
propagarse.<br />
Un cuerpo con una temperatura elevada emite calor, que es absorbido<br />
por otro cuerpo denominado pantalla, que se encuentra a una temperatura<br />
inferior. La parte de calor que no es absorbida por el cuerpo pantalla,<br />
es reflejada.<br />
Ejemplo: Un caso típico de calor que nos llega por radiación es el que<br />
nos aporta el sol.<br />
Otro es el representado aquí, el calor que proporciona una lámpara<br />
incandescente.<br />
La energía calorífica radiada por un cuerpo depende de su temperatura<br />
y del estado de su superficie exterior, y se corresponde con la siguiente<br />
expresión:<br />
donde R es una constante del cuerpo emisor y que depende del estado<br />
de la superficie del mismo.<br />
Alcanza un valor máximo de 5´675 x 10 -8 W/(m 2 x K 4 ) recibiendo el<br />
cuerpo que emite radiación a esta tasa tan elevada el nombre de cuerpo<br />
25
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
negro. La radiación emitida por superficies reales es menor que la emitida<br />
por un cuerpo negro a la misma temperatura y se expresa como:<br />
donde es la emisividad de la superficie y cuyo valor está comprendido<br />
entre , es una propiedad que nos indica lo que se acerca una<br />
superficie a un cuerpo negro.<br />
Otra propiedad importante de la radiación de una superficie es su<br />
absorbencia , que nos indica la fracción de la energía de la radiación<br />
que absorbe. Al igual que la emisividad, es un valor que está entre<br />
.<br />
Un cuerpo negro es un absorbedor perfecto con lo que = 1, es tanto<br />
un emisor perfecto como un absorbedor perfecto.<br />
6.6. Medición de la temperatura<br />
El término temperatura hace referencia al nivel de energía calorífica<br />
que posee un cuerpo y que, como toda magnitud física, se puede medir.<br />
Gracias al sentido del tacto podemos apreciar la cantidad de calor que<br />
posee un cuerpo o sustancia. Esta apreciación es totalmente subjetiva,<br />
ya que depende en todo momento de la persona que experimente la<br />
sensación y además es una apreciación que se suele hacer por comparación<br />
y siempre dentro de unos límites, puesto que temperaturas que están<br />
muy por encima o muy por debajo de temperaturas ambientes habituales,<br />
nos producen sensaciones dolorosas de quemazón, como, por ejemplo,<br />
tocar un metal al rojo vivo o tocar un trozo de hielo durante mucho<br />
tiempo. Por lo tanto, vemos cómo el tacto nos conduce a error porque<br />
no es exacto, no tiene un buen rango de sensibilidad y no se pueden<br />
realizar medidas fieles.<br />
Para poder realizar la medida correcta de la temperatura de un cuerpo<br />
o sistema debemos cumplir los siguientes puntos:<br />
• No producir alteraciones en el sistema cuya temperatura se desea<br />
medir (exactitud).<br />
• El instrumento que utilicemos para realizar la medición ha de detectar<br />
rápidamente las variaciones de temperatura (sensibilidad).<br />
• El rango de temperaturas que ha de detectar el instrumento de<br />
medición ha de ser amplio o, por lo menos, el adecuado para los<br />
niveles de temperatura a registrar (sensibilidad).<br />
• Cualquier instrumento de medida de temperatura debe proporcionar<br />
el mismo valor de temperatura para mediciones realizadas en idénticas<br />
condiciones (fidelidad).<br />
26
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
• Las variaciones pequeñas de temperatura deben provocar variaciones<br />
apreciables en el aparato de medida (sensibilidad).<br />
Los instrumentos utilizados para realizar mediciones de temperatura se<br />
denominan termómetros y aprovechan la dilatación de algunos cuerpos<br />
por el calor, como en el mercurio o el alcohol (fenómeno que trataremos<br />
en otro punto del temario). También se pueden utilizar las variaciones<br />
de tensión de vapor de algunos fluidos o fenómenos termoeléctricos.<br />
Entre los distintos tipos de termómetros que existen se encuentran los<br />
siguientes:<br />
• Termómetro de mercurio.<br />
• Termómetro de alcohol.<br />
• Termómetros especiales:<br />
- Termómetro de máximas: termómetro de mercurio con un<br />
estrangulamiento en la base.<br />
- Termómetros de mínimas: termómetros de alcohol que se<br />
mantienen en posición horizontal.<br />
- Termómetros de máxima y mínima: se trata de termómetros<br />
mixtos de mercurio y alcohol.<br />
• Termómetro de bulbo termostático.<br />
• Termómetro de par termoeléctrico.<br />
• Termopar.<br />
6.7. Escalas termométricas<br />
Para poder utilizar una base común para realizar mediciones de<br />
temperatura se han ido elaborando cientos de escalas a lo largo del<br />
tiempo, generadas a partir de estados fáciles de reproducir.<br />
Actualmente, la graduación de los termómetros se realiza partiendo de<br />
dos puntos de referencia, A y B, característicos del agua a presión<br />
atmosférica:<br />
• A: la temperatura de fusión del agua.<br />
• B: la temperatura de ebullición del agua.<br />
Estos dos puntos son conocidos como los puntos fijos de la escala<br />
termométrica y corresponden a fenómenos que son fácilmente<br />
reproducibles e invariables si se realizan siempre bajo las mismas<br />
condiciones de presión.<br />
Después de determinar los dos puntos fijos A y B se divide la longitud<br />
de la recta que los une en un cierto número de partes iguales y se obtiene<br />
27
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
lo que se denomina escala termométrica.<br />
A continuación, se detallan las cuatro escalas más utilizadas en la actualidad.<br />
Centígrada o Celsius<br />
Esta escala se consigue después de determinar los puntos fijos de la escala<br />
termométrica A y B, dividiendo en cien partes iguales la distancia que<br />
los separa, con lo que la centésima parte de la distancia entre los dos<br />
puntos fijos, representará la unidad de elevación de la escala, denotado<br />
por º C, grado Celsius o grado centígrado.<br />
Fahrenheit<br />
Esta escala termométrica se utiliza en países anglosajones y en Japón.<br />
Sus puntos fijos se determinan reproduciendo las mismas pautas seguidas<br />
en la determinación de la escala Celsius, pero la diferencia con ésta es<br />
que la distancia entre A y B se divide en 180 partes iguales (no en 100),<br />
además el punto cero de la escala fue fijado arbitrariamente por<br />
Fahrenheit, correspondiendo A (0º C en la escala Celsius) a +32º F y por<br />
lo tanto B (100º C en la escala Celsius) a 212 º F.<br />
Teniendo en cuenta todas estas correspondencias se establece el siguiente<br />
cálculo para la conversión de grados Fahrenheit en grados Celsius y<br />
viceversa:<br />
hay que considerar la diferencia existente entre los dos puntos cero de<br />
las escalas (+32), con lo que obtenemos las formulas de conversión<br />
siguientes:<br />
Reamur<br />
Esta escala solo se diferencia con la escala Celsius en que el número de<br />
divisiones que se hace del intervalo AB es 80 y no 100.<br />
Kelvin<br />
La escala Kelvin o termodinámica nace de la necesidad de tener una<br />
28
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
escala que sea independiente de las propiedades de una sustancia en<br />
Sistema Internacional.<br />
En termodinámica se demuestra que –273´15 º C es la temperatura más<br />
baja que puede existir estando el calor totalmente ausente del cuerpo,<br />
es decir, el movimiento de las partículas que lo componen es totalmente<br />
nula. La unidad correspondiente a esta escala se denota por K.<br />
El cero de la escala Kelvin corresponde a -273´15 grados centígrados,<br />
teniendo en cuenta esto y que el grado Kelvin (K) tiene el mismo valor<br />
que el grado Celsius (º C), la conversión entre una escala y otra tiene la<br />
siguiente expresión:<br />
6.8. Fenómenos de dilatación<br />
En el apartado correspondiente a medición de la temperatura se hacía<br />
referencia al fenómeno de dilatación de los cuerpos al elevar su<br />
temperatura, así como a la utilidad de este fenómeno para la construcción<br />
de aparatos de medida de la temperatura.<br />
En este apartado se tratarán con detalle los fenómenos de dilatación de<br />
sólidos y líquidos, estudiando en otro apartado aquellos fenómenos que<br />
acompañan a la dilatación de los gases.<br />
Dilatación de los sólidos<br />
La experiencia nos dice que cualquier sólido aumenta su longitud o<br />
volumen de forma proporcional a la elevación de temperatura que<br />
experimenta.<br />
El alargamiento por unidad de longitud y por grado de elevación de<br />
temperatura viene dado por la siguiente expresión:<br />
donde:<br />
recibe el nombre de dilatación lineal.<br />
es la longitud final del sólido a º C.<br />
es la longitud inicial del sólido.<br />
es la variación de temperatura experimentada en el proceso.<br />
El coeficiente de dilatación lineal indica el valor del alargamiento<br />
experimentado por la unidad de longitud del sólido cuando su<br />
29
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
temperatura se eleva 1º C. La tabla siguiente recoge los coeficientes de<br />
dilatación de algunos materiales:<br />
Por otro lado, hay que saber que el calentamiento de los sólidos<br />
homogéneos provoca un aumento de todas sus dimensiones, es decir, su<br />
volumen aumenta a la vez que su temperatura, definiendo entonces el<br />
coeficiente de dilatación cúbica de un cuerpo como sigue:<br />
Es el aumento de volumen que alcanza la unidad de volumen del cuerpo<br />
sólido cuando su temperatura se eleva un grado Celsius.<br />
Análogamente al coeficiente lineal, también existe el coeficiente de<br />
dilatación cúbica, dado por:<br />
donde:<br />
MATERIAL<br />
Zinc 2´90 x 10 -5<br />
Aluminio 2´24 x 10 -5<br />
Cobre 1´70 x 10 -5<br />
Hierro 1´22 x 10 -5<br />
Platino 0´9 x 10 -5<br />
Vidrio ordinario 0´9 x 10 -5<br />
Pyrex 0´3 x 10 -5<br />
Cuarzo 0´07 x 10 -5<br />
es el volumen del cuerpo sólido a º C.<br />
es el volumen inicial del cuerpo sólido.<br />
es la variación de temperatura experimentada en el proceso por el<br />
sólido.<br />
El resultado de la experimentación y del planteamiento de cálculos y<br />
deducciones matemáticas lleva a la conclusión de que la relación existente<br />
entre el coeficiente de dilatación lineal de un cuerpo y el coeficiente de<br />
dilatación cúbica es la siguiente:<br />
es decir, el coeficiente de dilatación cúbica es prácticamente igual al<br />
triple del coeficiente de dilatación lineal.<br />
Ejemplo: un ensayo muy típico que se suele realizar para ver el fenómeno<br />
de comprobación de los sólidos es hacer pasar una esfera metálica maciza<br />
30
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
por un aro, comprobando que tiene unas dimensiones inferiores a las<br />
del aro. Después se retira el aro y se calienta la esfera. El paso siguiente<br />
es intentar pasar la esfera por el aro; la esfera habrá aumentado sus<br />
dimensiones al haberse dilatado, comprobando así el fenómeno que<br />
estamos estudiando.<br />
Dilatación de los líquidos<br />
A la hora de experimentar con líquidos hay que tener en cuenta que<br />
siempre será necesario un recipiente para contenerlos y que al aplicarles<br />
calor para comprobar su grado de dilatación, los recipientes que los<br />
contienen también se dilatan, lo que nos lleva a deducir que la elevación<br />
de los niveles que observamos en los líquidos no son las absolutas que<br />
realmente ha experimentado.<br />
Es conveniente, por lo tanto, definir el coeficiente de dilatación absoluta<br />
de un líquido:<br />
Es el aumento de volumen experimentado por la unidad de volumen<br />
del líquido para una elevación de temperatura de un grado Celsius,<br />
según la expresión:<br />
donde, análogamente al coeficiente de dilatación cúbica de un sólido:<br />
es el volumen del líquido a º C.<br />
es el volumen inicial del líquido.<br />
es la temperatura final del líquido.<br />
La tabla siguiente refleja los coeficientes de dilatación absoluta de algunos<br />
líquidos:<br />
LÍQUIDO m<br />
Glicerina 4´9 x 10 -3<br />
Acetona 1´4 x 10 -3<br />
Benceno 1´2 x 10 -3<br />
Alcohol etílico 1´1 x 10 -3<br />
Acido acético 1 x 10 -3<br />
Tolueno 1 x 10 -3<br />
Mercurio 0´182 x 10 -3<br />
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U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Consecuencias y aplicaciones de las fuerzas de dilatación<br />
La principal consecuencia de la dilatación de los sólidos y líquidos es<br />
bastante evidente e intuitiva: su volumen aumenta, aunque su masa<br />
permanece constante.<br />
Otra consecuencia que se aprecia experimentalmente es que debido al<br />
aumento o disminución del volumen de los cuerpos es necesario aplicar<br />
fuerzas que, generalmente, serán grandes, para combatir los efectos<br />
causados en las variaciones de los cuerpos; un ejemplo de esto es la<br />
utilización de juntas de dilatación en la construcción.<br />
Este punto, en el caso de los líquidos, es más crítico porque, por ejemplo,<br />
el aumento del agua al congelarse hace estallar tubería.<br />
A continuación se enumeran algunas aplicaciones de la dilatación de los<br />
sólidos y de los líquidos:<br />
• Crioensamblaje: consiste en enfriar una pieza para que se contraiga<br />
y poder alojarla dentro de otra, de tal forma que cuando vuelva a su<br />
temperatura normal recupere su volumen habitual y se ensamblen<br />
fuertemente. Una aplicación sería el acople de un eje dentro de un<br />
volante.<br />
• Termómetros: se basan en la dilatación aparente de un líquido.<br />
• Corrientes de convección: estas corrientes son de aplicación para<br />
hacer circular el agua en instalaciones de calefacción central o para<br />
enfriar motores. El líquido caliente, menos denso, sube, descendiendo<br />
a la vez el líquido frío, que es más denso. En los casos antes<br />
mencionados, el agua se calienta en los puntos más bajos de la<br />
instalación, circulando por termosifón.<br />
6.9. Cero absoluto y escala termodinámica<br />
Como vimos en un capítulo anterior, se ha determinado que la temperatura<br />
más baja posible corresponde a -273º C ó 0º K. A esta temperatura las<br />
moléculas de un cuerpo carecen de movimiento, es decir, el cuerpo no<br />
posee calor. Esta temperatura se denomina cero absoluto; en referencia<br />
a este concepto, y como hemos visto, corresponde con el punto más bajo<br />
de la escala termométrica del sistema Internacional, la escala Kelvin o<br />
termodinámica.<br />
Otro concepto a tratar es el de la ley cero de la termodinámica, que se<br />
basa en el concepto de equilibrio térmico.<br />
Cuando dos cuerpos a distinta temperatura entran en contacto, se<br />
establece un flujo de calor desde el que contiene más calor hacia el que<br />
contiene menos, como ya hemos estudiado. Este flujo se interrumpe<br />
cuando la cantidad de calor de ambos cuerpos se iguala; en este momento<br />
32
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
se dice que se ha llegado a un estado de equilibrio térmico.<br />
La ley cero de la termodinámica establece que si dos cuerpos se encuentran<br />
en equilibrio térmico con un tercero, están en equilibrio térmico entre<br />
sí. Parece algo absurdo, pero si pasamos al terreno práctico se traduce<br />
en que: dos cuerpos están en equilibrio térmico cuando el tercer cuerpo,<br />
que es un termómetro, registra la misma temperatura en ambos.<br />
6.10. Unidades de calor<br />
En este apartado se proporciona una tabla completa con las unidades y<br />
equivalencias de los conceptos tratados en el punto 6.4<br />
UNIDADES DE CANTIDAD DE CALOR<br />
Sistema métrico convencional Sistema métrico internacional Sistema yarda libra<br />
Cal Kcal J kJ Btu<br />
1 0.001 4.186 0.004186 0.003968<br />
1´000 1 4186 4.186 3.968<br />
0´2389 0.0002389 1 0.001 0.0009480<br />
238´9 0.2389 1000 1 0.9480<br />
2.5 0.2520 1055 1.055 1<br />
6.11. Fórmulas para la conversión de unidades<br />
de temperatura<br />
En este apartado se recogen fórmulas para realizar la conversión de<br />
unidades del apartado anterior:<br />
CONVERSIÓN DE UNIDADES DE CALOR<br />
PASO DE UNIDADES FÓRMULA DE CONVERSIÓN<br />
Cal=>kcal kca=0´0001xcal<br />
kcal=>cal cal=1000xkcal<br />
kcal=>kJ kJ=4´186xkcal<br />
kJ=>kcal Kcal=0´2389xkJ<br />
kcal=>Btu Btu=3´968xkcal<br />
Btu=>kcal kcal=0´2520xBtu<br />
Btu=>kJ kJ=1´055xBtu<br />
kJ=>Btu Btu=0´9480xkJ<br />
J=>kJ kJ=0´001xJ<br />
kJ=>J J=1000xkJ<br />
33
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
6.12. Calor específico<br />
Como ya sabemos, es necesario proporcionar calor a un cuerpo o sustancia<br />
para elevar su temperatura.<br />
También somos conscientes, de una forma intuitiva, de que si<br />
suministramos cantidades iguales y constantes de calor a sustancias<br />
distintas, en periodos de tiempo iguales, las temperaturas que alcanzan<br />
las sustancias son diferentes.<br />
Ejemplo: Si durante cinco minutos suministramos el mismo número de<br />
calorías a un litro de agua y a un litro de alcohol etílico y medimos sus<br />
temperaturas, constatamos que estas temperaturas no son iguales.<br />
Por lo tanto es fácil deducir que para masas iguales de sustancias o<br />
cuerpos distintos es necesario suministrar cantidades de calor distintas<br />
si se pretende conseguir la misma temperatura en ambos.<br />
Además esta deducción nos lleva a pensar en la existencia de una magnitud<br />
que marque la cantidad de calor que es necesaria para elevar una unidad<br />
de masa de ese cuerpo de una temperatura a otra.<br />
Esta magnitud se denomina calor específico y se define como sigue:<br />
El calor específico de un cuerpo es la cantidad de calor c que hace falta<br />
suministrar a la unidad de masa de ese cuerpo para elevar su temperatura<br />
un grado Kelvin o un grado centígrado.<br />
El calor específico de un cuerpo o sustancia puede ser hallado despejando<br />
de la fórmula siguiente:<br />
donde:<br />
Q es el calor aportado a la sustancia en J<br />
c es el calor específico del cuerpo o sustancia en J/kgxK ó J/kgxºC<br />
m es la masa del cuerpo o sustancia considerado en kg<br />
y son las temperaturas inicial y final del cuerpo o sustancia en<br />
K o en º C (pero siempre en las mismas unidades ambas).<br />
34
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
A continuación se da una tabla con los calores específicos de algunos<br />
materiales:<br />
CALORES ESPECÍFICOS<br />
CUERPO c (kJ/kgxK)<br />
Agua 4´185<br />
Alcohol 2´469<br />
Hielo 2´093<br />
Cristal 0´837<br />
Hierro 0´465<br />
Cobre 0´397<br />
Mercurio 0´138<br />
Plomo 0´120<br />
Como dato informativo, cabe destacar, que el agua posee el calor específico<br />
más alto de todos los cuerpos, que como ya hemos dicho, se traduce en<br />
que su calentamiento o enfriamiento se producen más despacio.<br />
Este hecho explica varios fenómenos que nos encontramos a nuestro<br />
alrededor:<br />
Ejemplo: La regulación del clima gracias a los mares y océanos. El agua<br />
necesita absorber o ceder mucho calor para cambiar su temperatura<br />
(calor específico alto), por lo que los mares y océanos juegan un papel<br />
importante en la regulación del clima, absorbiendo el calor que para<br />
nosotros sería excesivo o cediéndonos el que nos es necesario.<br />
Ejemplo: Otra utilidad del agua es como fluido refrigerante en instalaciones<br />
de frío o fluido caloportador en instalaciones de calor. Al ceder o absorber<br />
gran cantidad de calor y sólo experimentar cambios de temperatura<br />
pequeños (con respecto a las demás sustancias) es muy utilizada en las<br />
instalaciones antes nombradas.<br />
Como último apunte, indicaremos que para sólidos y líquidos el calor<br />
específico es independiente de la temperatura, pero en el caso de los<br />
gases varía con estas dos magnitudes y es un factor que se tendrá en<br />
cuenta en los puntos correspondientes de este temario.<br />
6.13. Calor latente<br />
Antes de hacer las definiciones que corresponden a este apartado, es<br />
necesario que se introduzcan brevemente algunos conceptos que se<br />
tratarán con más detalle en puntos sucesivos de este temario.<br />
Se trata de conceptos que hacen referencia a los estados físicos de la<br />
materia en la naturaleza.<br />
La materia se puede encontrar en la naturaleza en tres formas físicas,<br />
que se denominan estados físicos de la materia y que son los siguientes:<br />
35
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
• Sólido<br />
• Líquido<br />
• Gaseoso<br />
Además de encontrar la materia en estos tres estados, es necesario decir<br />
que un cuerpo que está en un estado determinado puede pasar a otro<br />
si se le suministra la energía o calor necesario para que se produzca dicho<br />
cambio. Los cambios de estado que se pueden producir son los siguientes:<br />
• Fusión: paso de estado sólido a líquido.<br />
• Evaporación: paso de estado líquido a gas.<br />
• Condensación: paso de estados gas a líquido.<br />
• Solidificación: paso de estado líquido a sólido.<br />
• Sublimación: paso de estado sólido a estado gas.<br />
Con este breve adelanto de conceptos ya se pueden definir los distintos<br />
puntos a tratar en este apartado.<br />
Se denomina calor latente a la cantidad de calor que hay que suministrar<br />
o extraer a la unidad de masa de un cuerpo para provocar en él un<br />
cambio de estado, sin que esto provoque un cambio de temperatura.<br />
Como ya se apunta, este aporte de calor produce un cambio de estado<br />
pero no de temperatura. Este tipo de proceso se denomina endotérmico.<br />
Así pues, definimos distintos tipos de calor latente correspondientes a<br />
distintos cambios de estado:<br />
• Calor latente de solidificación: Es la cantidad de calor que es necesario<br />
extraer de un cuerpo líquido para que pase a estado sólido sin que<br />
varíe la temperatura de dicho cuerpo.<br />
• Calor latente de fusión: Es la cantidad de calor que es necesario<br />
suministrar a un cuerpo sólido para que pase a estado líquido sin<br />
que varíe la temperatura de dicho cuerpo.<br />
• Calor latente de evaporación: Es la cantidad de calor que es necesario<br />
suministrar a un cuerpo líquido para que pase a estado gas sin que<br />
varíe la temperatura de dicho cuerpo.<br />
36
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
• Calor latente de condensación o licuefacción: Es la cantidad de calor<br />
que es necesario extraer de un cuerpo en estado gaseoso para que<br />
pase a estado sólido sin que varíe la temperatura de dicho cuerpo.<br />
Para tener un orden de magnitud, a continuación se proporciona una<br />
tabla con el calor latente de fusión de algunas materias:<br />
CALOR LATENTE DE FUSIÓN<br />
SUSTANCIA kJ/kg<br />
Hielo 335<br />
Aluminio 335<br />
Anhídrido<br />
carbónico<br />
184<br />
Cobre 180<br />
Glicerina 176<br />
Plomo 23<br />
Mercurio 12<br />
Para concluir, diremos que en procesos frigoríficos son útiles los fluidos<br />
con un elevado calor latente, que se traduce en una elevada capacidad<br />
de absorción de calor para obtener su evaporación a la temperatura que<br />
deseamos.<br />
6.14. Calor Sensible<br />
Si en el apartado anterior hacíamos referencia a una cantidad de calor<br />
que no producía variación de temperatura pero sí variación en el estado<br />
de cuerpo que lo absorbiera o cediera, en este caso se hará referencia<br />
al concepto contrario, es decir, a aquel calor que hace variar la temperatura<br />
de un cuerpo sin que varíe su estado físico.<br />
Se define así el calor sensible:<br />
Cantidad de calor que extraída o aportada a un cuerpo es capaz de hacer<br />
que su temperatura disminuya o aumente respectivamente, sin que se<br />
produzca ningún cambio de fase en el cuerpo.<br />
Este cambio de temperatura es función de la cantidad de calor<br />
intercambiado y de una característica física del cuerpo en cuestión: el<br />
calor específico.<br />
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U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
6.15. Definición de sustancia pura<br />
En este apartado se va a definir el concepto de sustancia pura, que servirá<br />
como base para el estudio de los estados físicos de la materia o fases de<br />
la materia, conceptos que se trataron brevemente en uno de los apartados<br />
anteriores.<br />
Una sustancia pura es aquella que se caracteriza porque tiene una<br />
composición física fija.<br />
Ejemplo: Algunas sustancias puras son el agua, el nitrógeno, el helio o<br />
el dióxido de carbono.<br />
Tal y como dan a entender los ejemplos, una sustancia pura no es aquella<br />
que está compuesta de un único elemento, como el nitrógeno o el helio,<br />
sino que también puede ser un compuesto de varios elementos, como<br />
el agua o el dióxido de carbono.<br />
Una sustancia pura puede ser incluso una mezcla de diferentes elementos<br />
o compuestos químicos, siempre que cumpla que es una mezcla<br />
homogénea. Dos casos claros de mezcla homogénea y de mezcla<br />
heterogénea son el aire y una mezcla de agua y aceite respectivamente.<br />
El aire es una mezcla de gases que se suele considerar como una sustancia<br />
pura ya que tiene una composición química uniforme.<br />
Para el caso del agua y el aceite, como el aceite no es soluble en agua,<br />
se mantendrá sobre la superficie de ésta, formando dos regiones<br />
químicamente distintas y heterogéneas, por lo que nunca podremos<br />
hablar de una sustancia pura.<br />
Como ya se adelantó en un apartado anterior, a la materia la podemos<br />
encontrar dentro de la naturaleza en distintos estados físicos o fases.<br />
Una mezcla de dos o varias fases de una misma sustancia pura se considera<br />
también como una sustancia pura si sus distintas fases siguen manteniendo<br />
la misma composición química.<br />
Ejemplo: El caso de la coexistencia de hielo con agua líquida es un<br />
ejemplo de una mezcla de dos estados físicos de la misma sustancia y con<br />
la misma composición química las dos, por lo que se trata de una sustancia<br />
pura.<br />
Con estas definiciones previas ya podemos tratar con más detalle los<br />
siguientes apartados.<br />
6.16. Estados físicos de una sustancia pura<br />
Por experiencia sabemos que la materia puede existir en la naturaleza<br />
(es decir, a la temperatura y presión de la superficie terrestre) en tres<br />
formas físicas distintas, que se denominan estados físicos de la materia<br />
o fases de una sustancia.<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Estas tres formas físicas son las siguientes:<br />
• Sólido<br />
• Líquido<br />
• Gas<br />
Y los parámetros que las caracterizan son los siguientes:<br />
Sólido:<br />
Intuitivamente sabemos que un sólido es cualquier sustancia física que<br />
conserva su forma incluso cuando no se encuentra en un envase.<br />
Esta característica se debe a que moléculas en un sólido se encuentran<br />
a muy poca distancia entre sí; además, las fuerzas de atracción entre ellas<br />
son grandes y las mantienen en posiciones fijas. Las fuerzas de atracción<br />
generan, a la vez, fuerzas de repulsión, que ayudan a mantener las<br />
distancias entre las moléculas evitando que se apilen unas sobre otras.<br />
Líquido:<br />
Una sustancia líquida se caracteriza porque adopta libremente la forma<br />
de su envase.<br />
En este caso, el espacio intermolecular es parecido al del estado sólido,<br />
con la diferencia de que ya no mantienen posiciones fijas entre sí, sino<br />
que los grupos de moléculas flotan unos en torno de otros.<br />
Gas:<br />
Un gas es una sustancia que debe ser encerrada en un recipiente sellado<br />
para evitar que se escape a la atmósfera.<br />
Las moléculas de una sustancia gaseosa están bastante apartadas unas de<br />
otras y, a diferencia de los sólidos y líquidos, no guardan ningún orden.<br />
Las moléculas que componen la sustancia, se mueven al azar y chocan<br />
entre sí y con las paredes del envase que las contiene.<br />
Además de estas tres fases principales una sustancia puede tener más<br />
fases dentro de una de estas fases principales, como puede ser el caso<br />
del carbón, que en su fase sólida puede existir como grafito o como<br />
diamante.<br />
Es el caso de las sustancias en general, aunque en este tema sólo tratamos<br />
los tres estados físicos principales de la materia, así como en los siguientes<br />
puntos el cambio de un estado a otro.<br />
39
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
6.17. Cambios de estado físicos<br />
Aunque lo normal sea que a presión y temperaturas normales en la<br />
superficie terrestre, es decir, en condiciones normales, una sustancia, se<br />
encuentre en un estado físico según sus características, esta misma<br />
sustancia puede estar presente en la naturaleza en más de un estados<br />
físico, como puede ser el caso del agua, que podemos encontrarla en<br />
estado sólido (en las zonas frías terrestres o en estaciones con mala<br />
climatología), líquido (en los mares, océanos, etc., en zonas donde las<br />
temperaturas no sean demasiado bajas)o gaseoso (en general, en la<br />
atmósfera).<br />
El estado físico de un cuerpo o sustancia se puede cambiar mediante la<br />
aportación o sustracción de calor.<br />
Como llevamos estudiando desde el principio del temario, el calor está<br />
relacionado con el movimiento de las moléculas; además, el punto<br />
anterior relacionaba estado físico con la ordenación de las moléculas.<br />
Lo que ocurre es lo siguiente: un cuerpo o sustancia tiene unas moléculas<br />
que se ordenan de una forma o de otra en función de la velocidad o<br />
cantidad de energía (calor) que posean. Esta ordenación será la que<br />
determine el estado físico de ese cuerpo o sustancia.<br />
Si en algún momento aportamos o sustraemos calor del cuerpo en<br />
cuestión, la velocidad o energía de sus moléculas, así como su ordenación,<br />
cambiarán. Si continuamos con la adición o sustracción de calor llegará<br />
un momento que las variaciones en la velocidad y en la ordenación de<br />
sus moléculas habrán cambiado tanto que se producirá un cambio de<br />
estado físico en el cuerpo, también denominado cambio de fase.<br />
Los cambios de una fase a otra de la materia se denominan como se<br />
indica en el siguiente diagrama de flujo:<br />
SÓLIDO<br />
FUSIÓN EVAPORACIÓN<br />
SOLIDIFICACIÓN<br />
LÍQUIDO GAS<br />
SUBLIMACIÓN<br />
En el diagrama se distinguen dos sentidos distintos en el flujo. Todos los<br />
cambios fase que supongan cambiar de un estado que está a la izquierda<br />
a un estado que está a la derecha, suponen una aportación de calor. Por<br />
el contrario, todos los cambios de fase que supongan cambiar de un<br />
estado que esté a la derecha a otro que se encuentre a su izquierda,<br />
supone una cesión de calor por parte de la sustancia.<br />
40<br />
CONDENSACIÓN
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Analicemos primero aquellos cambios de fase que supongan una cesión<br />
de calor por parte del cuerpo (enfriamiento):<br />
Condensación<br />
Antes de proceder a la determinación del concepto, hay que introducir<br />
algunos conceptos previos que nos ayudarán a comprender mejor este<br />
cambio de fase.<br />
El paso de una sustancia líquida a gaseosa sigue el siguiente proceso:<br />
cuando aportamos calor a la sustancia en cuestión, hacemos que aumente<br />
su temperatura hasta el momento que comienza la ebullición. Aquí, el<br />
aumento de temperatura se detendrá, invirtiendo todo el calor que se<br />
le siga suministrando únicamente en realizar el cambio de fase, pasando<br />
progresivamente de líquido a gas. Durante este proceso progresivo,<br />
tendremos una mezcla de líquido-vapor en distintas proporciones. Esta<br />
mezcla recibe el nombre de mezcla saturada líquido-vapor y el vapor<br />
existente en la mezcla, vapor saturado.<br />
El proceso continua hasta el instante en que la última gota de líquido<br />
pasa a estado gas. En este momento cualquier extracción de calor haría<br />
que el vapor volviera a generar gotas de líquido.<br />
Si se pasa este punto y se continúa calentando el vapor generado,<br />
observaremos cómo comienza a incrementar la temperatura de nuevo,<br />
así habremos conseguido vapor seco.<br />
Por lo tanto distinguiremos dos tipos de vapor:<br />
• Vapor seco: es aquel que se encuentra en condiciones diferentes al<br />
cambio de fase, es decir, es aquel que no está a punto de generar<br />
líquido y que conocemos como gas.<br />
• Vapor saturado: es aquel que se encuentra en equilibrio con el líquido<br />
que lo produce. La naturaleza de cada sustancia determina su presión<br />
41
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
o tensión de saturación, que es la presión a la que empieza a hervir<br />
a una temperatura dada. De la misma forma se define la temperatura<br />
de saturación, que será aquella en que una sustancia comienza a<br />
hervir dada una presión.<br />
Si todo el proceso detallado se invierte, se produce lo que llamamos<br />
condensación, que se define como el paso de una sustancia que está en<br />
estado gas a estado sólido.<br />
Este cambio de estado se puede producir por dos razones:<br />
• Por enfriamiento, es decir, por extracción de calor, hasta la temperatura<br />
correspondiente a la tensión o presión de vapor saturado del líquido<br />
considerado.<br />
• Por compresión a una tensión igual a la tensión o presión de vapor<br />
saturado del fluido a la temperatura considerada.<br />
Solidificación<br />
Este cambio de fase sigue un patrón similar al descrito anteriormente<br />
en el proceso de calentamiento de una sustancia pura, en realidad se<br />
trata del mismo proceso pero a la inversa y partiendo de una sustancia<br />
en estado líquido, más concretamente, de una sustancia cuya temperatura<br />
se encuentra por debajo de la temperatura de saturación, denominado<br />
líquido subenfriado.<br />
En la primera parte del cambio de fase se produce un enfriamiento lento,<br />
progresivo y continuo de la sustancia en estado líquido.<br />
Haciendo mención a otros puntos, aquí solo se cede calor sensible, lo<br />
que supone que la sustancia ve disminuida su temperatura sin que se<br />
produzca cambio de fase hasta que se alcanza una temperatura a la que<br />
se empiezan a formar cristales.<br />
Aquí empieza la siguiente parte del proceso, sólo se cede calor latente,<br />
42
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
lo que supone que no hay variación de temperatura pero se van formando<br />
más cristales y, en definitiva, un sólido.<br />
La última parte del proceso comienza cuando la última gota de líquido<br />
pasa a estado sólido, entonces se produce un descenso de temperatura<br />
regular y progresiva del cuerpo sólido que se ha formado.<br />
Se define así el calor latente de solidificación de una sustancia pura: es<br />
el calor que es necesario extraer de la unidad de masa conducida a su<br />
temperatura de solidificación para hacerla pasar del estado líquido al<br />
estado sólido.<br />
A continuación se enumeran varias conclusiones y condiciones a tener<br />
en cuenta en el proceso de solidificación de las sustancias puras:<br />
• La temperatura de solidificación de una sustancia pura es una<br />
constante física y es función de la naturaleza del cuerpo y de su<br />
presión.<br />
• El fenómeno de solidificación de cuerpos simples diferentes son<br />
similares, con la salvedad que de un cuerpo a otro varían las<br />
temperaturas de fusión.<br />
• La solidificación conlleva una disminución de volumen, siendo<br />
excepciones el agua, la plata y algunos otros cuerpos.<br />
Bajo una misma presión:<br />
• Una sustancia pura líquida empieza siempre a solidificarse a la misma<br />
temperatura.<br />
• La temperatura de solidificación de una sustancia pura permanece<br />
fija durante toda la duración del fenómeno.<br />
Ejemplo: el que se produce cuando encendemos una vela.<br />
43
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
La cera al calentarse se vuelve líquida, pero al alejarse de la llama comienza<br />
a ceder su calor empezando así el proceso de enfriamiento y vuelve al<br />
estado sólido, se solidifica, cuando se ha alcanzado el punto de<br />
solidificación.<br />
Fusión<br />
Este cambio de estado corresponde al paso de una sustancia pura de<br />
sólido a líquido, es decir, se trata del proceso inverso al estudiado en la<br />
solidificación.<br />
Se comienza el ciclo con un aporte de calor que provoca el aumento de<br />
temperatura del cuerpo sólido.<br />
Después comienzan a aparecer gotas del líquido que se empieza a formar;<br />
en este momento empieza la fusión franca. Durante este intervalo no se<br />
produce aumento de temperatura, tan sólo se aprovecha el aporte de<br />
calor en el cambio de estado o fase.<br />
La última parte del proceso comienza cuando la última partícula de<br />
cuerpo sólido se ha fundido y ha pasado de estado sólido a líquido.<br />
La temperatura en la que la sustancia comienza el cambio de estado se<br />
denomina temperatura o punto de fusión<br />
De la misma forma que se define el calor latente de solidificación se<br />
define el calor latente de fusión: es la cantidad de calor que es necesario<br />
aportar a la unidad de masa de ese cuerpo, previamente conducido a su<br />
temperatura de fusión, para hacerlo pasar del estado sólido al estado<br />
líquido sin que se produzca cambio de temperatura.<br />
Como conclusiones y condiciones hay que tener en cuenta las siguientes:<br />
• Como se observa en las gráficas de este apartado y en la del anterior<br />
hay un intervalo de tiempo, que corresponde al cambio de fase, del<br />
44
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
paso de sólido a líquido o viceversa, y que para una misma sustancia<br />
pura coincide.<br />
Se trata del punto de fusión y del punto de solidificación, que para<br />
una sustancia pura se tratará del mismo valor, ya que la única diferencia<br />
que hay es que el calor que interviene en el proceso, es “suministrado”<br />
o “extraído” de la sustancia, pero se trata siempre de la misma cantidad<br />
de calor.<br />
• La temperatura de fusión de una sustancia pura, al igual que la de<br />
solidificación, es una constante física y es función de la naturaleza<br />
del cuerpo y de su presión.<br />
• Si variamos la presión soportada por un cuerpo también variamos su<br />
temperatura de fusión, pero para que se produzcan cambios apreciables<br />
en dicha temperatura es necesario producir cambios importantes en<br />
la presión bajo la que se producen los cambios de estado.<br />
Bajo una misma presión:<br />
• Una sustancia pura líquida empieza siempre a fundirse a la misma<br />
temperatura.<br />
• La temperatura de fusión de una sustancia pura, así como la de<br />
solidificación, permanece fija durante toda la duración del fenómeno.<br />
Con límites de presión débiles, la temperatura de fusión de un cuerpo<br />
simple es invariable y se denomina punto de fusión. En la siguiente<br />
gráfica se indica el punto de fusión de algunos cuerpos simples:<br />
PUNTO DE FUSIÓN<br />
SUSTANCIA ºC<br />
Tungsteno 3410<br />
Cobre 1083<br />
Aluminio 658<br />
Plomo 327<br />
Azufre 113<br />
Fósforo 44<br />
Agua (por definición) 0<br />
Mercurio -39<br />
Alcohol etílico -117<br />
Oxígeno -200<br />
Nitrógeno -210<br />
Hidrógeno -259<br />
Ejemplo: El ejemplo de la vela mostrado en el apartado anterior contempla<br />
el proceso de fusión de la cera que la compone. Cuando se enciende la<br />
llama de la vela la cera más cercana a la llama se calienta, es decir, absorbe<br />
calor y pasa de estado sólido a líquido.<br />
45
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
En ocasiones se da un fenómeno que debemos tener en cuenta y que no<br />
sigue el patrón descrito en una fusión normal, es el fenómeno de la<br />
sobrefusión.<br />
Este fenómeno es consecuencia de un estado de equilibrio inestable y<br />
consiste en llevar un líquido puro a estado líquido pero por debajo de<br />
su temperatura de solidificación, además no existirá solidificación hasta<br />
que no se vuelva a alcanzar la temperatura de fusión.<br />
Se trata de un estado de equilibrio inestable y cualquier pequeña alteración,<br />
como por ejemplo la adición de una pequeña porción de sólido o un<br />
ligero golpe al recipiente que lo contiene, producirá que este estado<br />
cese bruscamente y la temperatura vuelva nuevamente a la temperatura<br />
de solidificación. Este cambio de estado hará que la temperatura del<br />
sólido disminuya progresivamente como si el fenómeno no hubiese<br />
existido.<br />
Ejemplo: La formación de escarcha es el resultado de este fenómeno,<br />
que es debido al enfriamiento lento del agua, en ciertas nieblas que<br />
cuando llegan a tocar el suelo producen la solidificación inmediata de<br />
agua helada.<br />
Como regla general se indica en el apartado anterior que los cuerpos<br />
aumentan de volumen al fundirse, manteniéndose constante la masa del<br />
cuerpo, por lo que, como consecuencia, se produce una disminución de<br />
la masa volumétrica. Es un hecho que se comprueba con facilidad cuando<br />
tenemos un sólido en un recipiente y empieza a solidificarse, siempre la<br />
parte sólida se queda en el fondo del recipiente.<br />
Son excepciones de esta regla la plata, el bismuto y el agua.<br />
Ejemplo: El agua que circula por las tuberías de abastecimiento, si en<br />
invierno se congela hace que dichas tuberías estallen debido al aumento<br />
de volumen que supone el cambio de estado.<br />
El agua que se filtra por las porosidades de las rocas hace que se agrieten<br />
cuando ésta se congela en su interior.<br />
La masa volumétrica del agua líquida es mayor que su masa volumétrica<br />
en estado sólido, lo que justifica que cuando se producen masas de hielo<br />
en lagos, por ejemplo, dichas masas se queden en la superficie y la parte<br />
líquida ocupe los niveles más bajos.<br />
Evaporación<br />
La evaporación es el cambio de estado físico de un cuerpo o sustancia<br />
que consiste en el paso de estado líquido a gaseoso. Para el estudio de<br />
este cambio de estado físico, recordemos simplemente el proceso descrito<br />
en el apartado correspondiente a la condensación cuando se estudiaban<br />
algunos conceptos previos.<br />
46
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
El paso de una sustancia líquida a gaseosa sigue el siguiente proceso:<br />
Cuando aportamos calor a la sustancia en cuestión, hacemos que aumente<br />
su temperatura hasta el momento que comienza la ebullición, entonces,<br />
el aumento de temperatura se detiene, invirtiendo todo el calor que se<br />
le siga suministrando únicamente en realizar el cambio de fase, pasando<br />
progresivamente de líquido a gas. Durante este proceso progresivo,<br />
tendremos una mezcla de líquido-vapor en distintas proporciones. Esta<br />
mezcla recibe el nombre de mezcla saturada líquido-vapor y el vapor<br />
existente en la mezcla, vapor saturado.<br />
El proceso continua hasta el instante en que la última gota de líquido<br />
pasa a estado gas. En este momento cualquier extracción de calor haría<br />
que el vapor volviera a generar gotas de líquido.<br />
Si se pasa este punto y se continúa calentando el vapor generado,<br />
observaremos cómo comienza a incrementar la temperatura de nuevo,<br />
así habremos conseguido vapor seco.<br />
Por lo tanto distinguiremos dos tipos de vapor:<br />
• Vapor seco: es aquel que se encuentra en condiciones diferentes al<br />
cambio de fase, es decir, es aquel que no está a punto de generar<br />
líquido y que conocemos como gas.<br />
• Vapor saturado: es aquel que se encuentra en equilibrio con el líquido<br />
que lo produce. La naturaleza de cada sustancia determina su presión<br />
o tensión de saturación, que es la presión a la que empieza a hervir<br />
a una temperatura dada. De la misma forma se define la temperatura<br />
de saturación, que será aquella en que una sustancia comienza a<br />
hervir, dada una presión.<br />
La presión máxima de saturación del vapor saturante de un cuerpo<br />
simple aumenta con la temperatura. En el caso del agua se utiliza la<br />
47
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
fórmula empírica de Duperray para valorar esta variación:<br />
La evaporación de un líquido se detiene cuando la presión del vapor<br />
alcanza el valor máximo de la tensión del vapor saturante a la temperatura<br />
que se esté considerando. En el caso de que se evapore todo el líquido<br />
antes de alcanzar el valor de presión máxima, la evaporación del líquido<br />
es total y el vapor resultante es vapor seco.<br />
El proceso de evaporación comienza de forma progresiva hasta que se<br />
alcanza la temperatura de saturación, es decir, el momento en que el<br />
calor que se sigue aportando no provoca cambios en la temperatura,<br />
sino que se emplea en el cambio de fase. En este momento se produce<br />
un fenómeno en el seno del líquido que consiste en la formación de<br />
grandes burbujas de vapor que llegan a la superficie líquido haciendo<br />
que se agite tumultuosamente y se aumenta considerablemente la<br />
velocidad de evaporación.<br />
Este fenómeno se denomina ebullición y la temperatura fija en que se<br />
produce (a una presión dada), se denomina temperatura de ebullición.<br />
Un líquido siempre entra en ebullición a la temperatura bajo la cual su<br />
presión de vapor saturante es igual a la presión soportada por dicho<br />
líquido.<br />
Las condiciones exteriores a la sustancia que se evapora influyen en el<br />
proceso de la siguiente forma:<br />
• En el vacío la evaporación de una sustancia es instantánea.<br />
• Dentro de un gas soluble en la sustancia líquida la evaporación es<br />
progresiva.<br />
• Dentro de un gas no soluble en la sustancia líquida la presión del<br />
vapor saturante es la misma que en el vacío.<br />
• El proceso de evaporación se localiza en la superficie del líquido que<br />
se evapora y hacen que la velocidad de proceso aumente cuando:<br />
aumenta la superficie de contacto del líquido con el aire, aumenta<br />
la velocidad de circulación del aire que está en contacto con la<br />
superficie del líquido y aumenta la temperatura del líquido o disminuye<br />
la presión su entorno.<br />
El calor latente de evaporación se define como la cantidad de calor<br />
necesaria para hacer que la unidad de masa de una sustancia pase de<br />
estado líquido a gaseoso sin que su temperatura varíe.<br />
48
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U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
En la siguiente tabla se indican el calor latente lV de algunas sustancias<br />
a su temperatura de evaporación TV bajo presión atmosférica:<br />
Sublimación<br />
CALOR LATENTE<br />
SUSTANCIA TV (ºC) lV (kJ/kg)<br />
Refrigerante 12 -30 167<br />
Refrigerante 22 -40 234<br />
Éter +35 376´5<br />
Benceno +80 876´5<br />
Cloruro de metilo -23 431<br />
Alcohol +78 904<br />
Amoníaco -33 1427<br />
Agua +100 2247´5<br />
La sublimación es el cambio de estado físico que corresponde al paso de<br />
un cuerpo sólido a gas sin pasar por el estado líquido.<br />
Solo algunas sustancias pueden realizar este cambio que se produce a<br />
presión constante y a una temperatura determinada.<br />
Ejemplo: La naftalina o el alcanfor en estado sólido, al dejarlos al aire<br />
libre lentamente se evaporan, pasando de estado sólido directamente a<br />
gas.<br />
Es el caso también de otras sustancias como la nieve carbónica, el yodo<br />
y el arsénico.<br />
Los olores característicos de muchas sustancias sólidas, como el yodo, el<br />
naftaleno, el yodoformo y los perfumes sólidos, son debidos a que estas<br />
sustancias tienen una presión de vapor apreciable a temperatura ambiente.<br />
La sublimación se debe a que algunas de las moléculas de un sólido<br />
pueden vibrar muy rápidamente, vencer las fuerzas que las unen entre<br />
sí y escapar como moléculas gaseosas al espacio libre, dando como<br />
resultado la sublimación del sólido. También se puede dar el proceso<br />
inverso, al chocar las moléculas gaseosas contra la superficie del sólido,<br />
pueden quedar retenidas y producirse la condensación del vapor. El<br />
equilibrio que tiene lugar cuando la velocidad de sublimación y la de<br />
condensación son iguales se caracteriza por una presión de vapor que<br />
depende de la naturaleza del sólido y de la temperatura.<br />
El proceso de sublimación va acompañado necesariamente de una<br />
absorción de energía térmica, es decir, es necesario que el sólido en<br />
cuestión absorba calor para que se dé el cambio de fase. La cantidad de<br />
energía térmica que se necesita para sublimar a temperatura constante<br />
la unidad de masa de una sustancia en estado sólido se denomina energía<br />
o calor latente de sublimación.<br />
49
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
El calor latente de sublimación de una sustancia es igual a la suma del<br />
calor latente de fusión más el calor latente de vaporización<br />
Existe una ecuación muy útil para determinar los calores latentes de un<br />
cambio de estado que se denomina relación de Clapeyron y que en los<br />
casos de sublimación ls y fusión lf se expresa de la siguiente forma:<br />
donde:<br />
l es el calor latente<br />
T es la temperatura de transformación en K<br />
v es la diferencia del volumen específico después y antes de la<br />
transformación vf - vi en m3 /kg<br />
p se refiere a la diferencia de presión antes y después de la transformación<br />
en Pa<br />
También se puede contar con otra expresión denominada relación de<br />
Clausius Clapeyron, para la determinación del calor latente de una<br />
sustancia cuando existe la presencia de una fase de vapor, es decir, para<br />
cambios de sublimación y para evaporación, pero es mucho más compleja,<br />
ya que requiere conocimientos matemáticos en cuanto a ecuaciones<br />
diferenciales:<br />
donde:<br />
Evaporación<br />
Sublimación<br />
es el volumen específico del gas<br />
es el volumen específico del líquido<br />
es el volumen específico del sólido<br />
Si el valor del volumen específico del gas es muy grande con respecto a<br />
los valores de los volúmenes específicos del líquido y del sólido la relación<br />
queda como sigue:<br />
50
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
6.18 Saturación<br />
La saturación hace referencia a una parte de los procesos de evaporación<br />
o condensación tal y como se ha estudiado en apartados anteriores.<br />
En concreto hay tres conceptos a observar: líquido saturado, vapor<br />
saturado y mezcla saturada líquido-vapor.<br />
• Líquido saturado: esta condición se da cuando una sustancia ha<br />
absorbido calor hasta el límite que marca el punto t1 de la gráfica.<br />
Cuando la mezcla alcanza este punto se dice que se tiene líquido<br />
saturado y cualquier adición de calor provoca la evaporación de una<br />
parte del mismo.<br />
• Vapor saturado: cuando la temperatura de una sustancia gaseosa baja,<br />
debido a una cesión o extracción de calor, hasta un punto en el que<br />
cualquier pérdida de calor supondría la condensación de una parte<br />
del vapor, se dice que se ha llegado a la condición de vapor saturado.<br />
Esta condición coincide con el punto t2 de la gráfica.<br />
Como se refleja en la gráfica la temperatura del líquido saturado y<br />
la del vapor saturado de una sustancia son las mismas dada una<br />
presión.<br />
• Mezcla saturada líquido-vapor: esta condición se da en una sustancia<br />
cuando se encuentra entre los puntos t1 y t2, es decir, cuando el<br />
líquido y el vapor coexisten en equilibrio. Durante esta parte del<br />
cambio de fase la temperatura permanece constante ya que toda la<br />
aportación o substracción de calor se emplea en realizar el cambio<br />
de fase, ya sea de sólido a líquido o viceversa.<br />
El diagrama de presión-temperatura muestra la forma de la curva de<br />
saturación de una sustancia.<br />
51
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Se distinguen tres partes: zona de líquido, zona vapor, y curva líquido<br />
vapor.<br />
Conociendo la curva de una sustancia y la correspondencia entre una<br />
presión y temperatura dada o viceversa, se puede saber si dichas sustancia<br />
se encuentra en estado líquido, vapor o si se trata de una mezcla líquidovapor.<br />
52
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Otros datos que se pueden hallar a partir de la curva son la temperatura<br />
de saturación correspondiente a una presión y la presión de saturación<br />
para una temperatura.<br />
Recalentamiento<br />
La cantidad de recalentamiento S.H. se determina aplicando la ecuación<br />
siguiente:<br />
donde:<br />
es la temperatura del vapor recalentado<br />
corresponde a la temperatura de saturación correspondiente a la<br />
presión<br />
Subenfriamiento<br />
La cantidad de subenfriamiento S.C. se determina aplicando la ecuación<br />
siguiente:<br />
53
donde:<br />
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U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
es la temperatura de saturación correspondiente a la presión<br />
es la temperatura del líquido subenfriado<br />
6.19 Diagramas de propiedades para procesos<br />
de cambios de fase<br />
Los diagramas de propiedades para procesos de cambios de fase<br />
representan en forma gráfica las propiedades termodinámicas de sustancias<br />
reales.<br />
Los diagramas más comunes que se emplean son:<br />
• Diagrama T-V temperatura-volumen.<br />
• Diagrama P-V presión-volumen (diagrama de Clapeyron).<br />
• Diagrama P-T presión-temperatura.<br />
Si, para un diagrama dado, se escogen las variables principales en forma<br />
adecuada, es posible deducir todas las variables termodinámicas de<br />
importancia a partir de las propiedades que aparecen en el diagrama.<br />
En los próximos párrafos presentaremos en cierto detalle cada uno de<br />
estos diagramas para una mejor comprensión de los ciclos y las máquinas<br />
frigoríficas.<br />
Diagrama T-v<br />
Como se ha ido estudiando en puntos anteriores, el cambio de fase de<br />
una sustancia a una presión dada, queda representada en un diagrama<br />
T-v (temperatura-presión) como sigue:<br />
Primero se produce un aumento en la temperatura de la sustancia líquida<br />
hasta llegar al punto de saturación, donde el proceso continúa pero a<br />
temperatura constante y cuando la última gota de líquido desaparece,<br />
54
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
llegando a línea de gas saturado, la temperatura de la sustancia en estado<br />
de gas sobrecalentado vuelve a elevarse.<br />
La figura que podemos observar corresponde al proceso para una misma<br />
sustancia y para distintas presiones.<br />
Observando la figura vemos cómo al aumentar la presión, la línea<br />
horizontal de saturación va acortándose, convirtiéndose en un punto<br />
cuando alcance un valor determinado que depende de cada sustancia.<br />
Este punto se denomina punto crítico y se define como el punto al cual<br />
las propiedades de la fase líquida y gaseosa se hacen tan similares como<br />
para ser indistinguibles.<br />
La temperatura, la presión y el volumen de una sustancia en el punto<br />
crítico se denominan, temperatura crítica TCR, presión crítica PCR y<br />
volumen crítico VCR.<br />
A presiones por encima de la crítica no hay procesos de cambio de fase,<br />
es decir no se produce ebullición, aumentando el volumen específico<br />
con continuidad, existiendo en todo momento una sola fase que al final<br />
se asemejará al vapor pero no se podrá determinar cuando se produjo<br />
el cambio.<br />
Por encima del estado crítico no hay líneas que separen las regiones de<br />
líquido comprimido y de vapor sobrecalentado, pero comúnmente se<br />
suele denominar a la sustancia como líquido comprimido a temperaturas<br />
por debajo de la temperatura crítica y vapor sobrecalentado por encima<br />
de dicha temperatura.<br />
Si unimos los puntos de líquido saturado obtenemos la línea de líquido<br />
saturado y de la misma forma uniendo los puntos de vapor saturado<br />
obtenemos la línea de vapor saturado, uniéndose ambas en el punto<br />
crítico como muestra la figura.<br />
Los estados de líquido comprimido se localizan a la izquierda de la línea<br />
de líquido saturado y se denomina región de líquido comprimido. Todos<br />
los estados de vapor sobrecalentado se encuentran a la derecha de la<br />
55
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U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
línea de vapor saturado que se conoce como región de vapor<br />
sobrecalentado. En ambas regiones la sustancia existe en una sola fase,<br />
líquido o vapor.<br />
Los estados donde coexisten ambas fases, líquido y vapor en equilibrio<br />
se localizan en la región que queda entre las líneas de líquido y vapor<br />
saturado, denominándose región de mezcla saturada de líquido-vapor<br />
o región húmeda.<br />
Diagrama P-v<br />
El diagrama P-v (presión-volumen) no difiere mucho del diagrama T-v<br />
visto con anterioridad, salvo que las líneas de temperatura constante o<br />
isotermas representadas en este diagrama tienen una tendencia<br />
descendente:<br />
Al igual que en los diagramas T-v, si se unen los puntos de líquido saturado<br />
de las distintas isotermas y los de vapor saturado, se obtienen las líneas<br />
de líquido saturado y vapor saturado que se unen en el punto crítico.<br />
También se distinguen las mismas regiones que en diagrama anterior<br />
que además se sitúan en las mismas zonas.<br />
56
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
El diagrama P-v se puede ampliar para incluir en él la fase sólida así<br />
como las regiones de sólido-líquido y sólido-vapor:<br />
El diagrama P-v de la izquierda corresponde a una sustancia que se<br />
contrae al congelarse y el de la derecha a una sustancia que se expande<br />
al congelarse.<br />
Los diagramas ampliados T-v son similares a los diagramas P-v, sobre todo<br />
para sustancias que se contraen al congelarse.<br />
Como ya se ha visto, dos fases de una misma sustancia pueden coexistir<br />
en equilibrio. De la misma forma también pueden coexistir en equilibrio<br />
las tres fases de una sustancia.<br />
En los diagramas T-v y P-v este equilibrio de tres fases forma una línea<br />
que se denomina línea triple.<br />
Los estados contenidos en la línea triple tienen la misma presión y<br />
temperatura y sólo difieren en sus volúmenes específicos.<br />
Diagrama P-T<br />
En la siguiente imagen se muestra el diagrama P-T de una sustancia pura<br />
o diagrama de fase ya que las tres fases se separan entre sí mediante tres<br />
líneas:<br />
57
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U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
En estos diagramas la línea triple se convierte en un punto que se<br />
denomina punto triple.<br />
Las líneas que separan las tres fases convergen en el punto triple donde<br />
las tres fases coexisten en equilibrio.<br />
La línea de vaporización acaba en el punto crítico ya que no se pueden<br />
distinguir las fases líquida y de vapor por encima del punto crítico.<br />
Las sustancias que se expanden y se contraen al congelarse difieren sólo<br />
en la línea de fusión en estos diagramas.<br />
A continuación se expone una tabla con las temperaturas y presiones<br />
del punto triple de distintas sustancias:<br />
PUNTO TRIPLE<br />
SUSTANCIA TTP (K) PTP (KPa)<br />
Acetileno 192.4 120<br />
Amoniaco 195.4 6.076<br />
Argón 83.81 68.9<br />
Carbón (grafito) 3900 10.100<br />
Dióxido de carbono 216.55 517<br />
Monóxido de carbono 68.10 15.37<br />
Deuterio 18.63 17.1<br />
Etano 89.89 8x10-4<br />
Etileno 104.0 0.12<br />
Helio 4 (punto ) 2.19 5.1<br />
Hidrógeno 13.84 7.04<br />
Cloruro de hidrógeno 158.96 13.9<br />
Mercurio 234.2 16.5x10 -7<br />
Metano 90.68 11.7<br />
Neón 24.57 43.2<br />
Óxido nítrico 109.5 21.92<br />
Nitrógeno 63.18 12.6<br />
Oxido nitroso 182.34 87.85<br />
Oxígeno 54.36 0.152<br />
Paladio 1825 3.5x10-3<br />
Platino 2045 2.0x10 -4<br />
Dióxido de sulfuro 197.69 1.67<br />
Titáneo 1941 5.3x10 -3<br />
Hexafloruro de uranio 337.17 151.7<br />
Agua 273.16 0.61<br />
Xenón 161.3 81.5<br />
Zinc 692.65 0.065<br />
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U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Los tres diagramas expuestos en los apartados anteriores proceden de<br />
la proyección de una superficie cuyos ejes de coordenadas son la presión,<br />
el volumen y la temperatura:<br />
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U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
7. COMPORTAMIENTO DE LOS GASES<br />
7.1. Introducción<br />
En este apartado veremos características, leyes, y conceptos que nos sirvan<br />
para tener un conocimiento básico acerca de los gases.<br />
Como ya se ha estudiado, en la naturaleza existe 3 estados fundamentales<br />
de la materia: sólido, líquido y gaseoso. Algunas de sus características<br />
principales las nombramos a continuación.<br />
• A diferencia de los sólidos, los líquidos y gases se caracterizan por no<br />
tener una forma definida y adoptar la del recipiente que los contiene.<br />
• Un gas está constituido por partículas que se mueven rápida y<br />
aleatoriamente ya que las distancias entre éstas es mucho mayor que<br />
el espacio que ocupan.<br />
• A cambios de temperatura y presión el efecto que se obtiene en los<br />
gases es mucho mayor si los comparamos con los que sufren las<br />
sustancias en estado líquido y sólido.<br />
Es decir, mientras que la temperatura es el factor de mayor importancia<br />
en los cuerpos sólidos y líquidos, relativo a los cambios de volumen, en<br />
los gases, que es nuestro objeto de estudio, tendremos en cuenta además<br />
de la temperatura, la presión ya que ambos factores influyen<br />
considerablemente en su volumen.<br />
7.2. Características de los gases<br />
Como hemos visto, para una determinada masa en estado gaseoso las<br />
tres magnitudes temperatura, presión y volumen están estrechamente<br />
ligadas definiendo así el estado de dicha sustancia. Nosotros con tal de<br />
obtener el valor de una de estas variables sobre otra necesitaremos que<br />
la tercera quede constante, por lo que el estudio de las propiedades de<br />
los gases lo separaremos en tres partes:<br />
• Ley de Mariotte:<br />
A temperatura constante: relación entre presión y volumen.<br />
• Ley de Gay-Lussac:<br />
A presión constante: relación entre volumen y temperatura y la<br />
llamaremos.<br />
• Ley de Charles:<br />
A volumen constante: relación entre presión y temperatura.<br />
60
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Si bien es cierto que las leyes de Mariotte, Gay-Lussac y Charles nos<br />
resultan atractivas por su sencillez, tendremos que tener en cuenta, no<br />
obstante, que se trata de leyes aproximadas.<br />
Ley de Mariotte<br />
Como hemos visto, si mantenemos constante la temperatura de una masa<br />
gaseosa el producto de los valores de la presión y el volumen que ocupa<br />
es una constante.<br />
Si , siendo la temperatura:<br />
Si mantuviéramos la temperatura constante tras haber ejercido una<br />
presión, el volumen variaría de tal manera que el producto entre ambos<br />
permanecería constante y viceversa.<br />
Veamos ahora una consecuencia aplicada a la variación de la masa<br />
volumétrica.<br />
Si llamamos m a la masa de cierto gas cuya temperatura se mantiene<br />
constante, con una presión P1 y volumen v1, definiremos la masa<br />
volumétrica del gas como:<br />
(1)<br />
Si aplicamos una presión P2, el volumen tomará el valor V2 y por tanto<br />
la masa volumétrica será:<br />
(2)<br />
Dividiendo (1) y (2) miembro a miembro tendremos:<br />
Por lo que:<br />
Concluyendo, pues, que a temperatura constante la masa volumétrica<br />
de un gas es proporcional a su presión.<br />
Ley de Gay-Lussac<br />
Bajo presión constante el aumento de volumen es proporcional a la<br />
elevación de su temperatura. Vamos a definir el coeficiente medio de<br />
dilatación para los gases bajo presión constante siendo V0 el volumen<br />
61
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
ocupado por la masa m de gas a 0ºC, la variación de volumen tendrá por<br />
valor absoluto:<br />
El coeficiente medio de dilatación de un gas a presión constante entre<br />
las temperaturas 0 y ºC lo expresaremos como:<br />
Además podremos averiguar el valor del volumen ocupado por esta masa<br />
gaseosa a ºC con la relación:<br />
(3)<br />
Se concluye con que el coeficiente medio de dilatación de un gas a<br />
presión constante es:<br />
Independiente de la naturaleza del gas.<br />
Independiente de su temperatura.<br />
Independiente de su presión.<br />
Su valor para todos los gases será:<br />
Sustituyendo este valor en (3) obtendríamos:<br />
Siendo T=273+<br />
T0=273<br />
Dicha fórmula se escribe normalmente:<br />
Lo que nos permite afirmar que el volumen ocupado por una masa de<br />
gas invariable es proporcional a su temperatura absoluta.<br />
Ley de Charles<br />
A volumen constante el aumento de presión del aire es proporcional a<br />
la elevación de la temperatura.<br />
Por analogía con la dilatación de los gases a presión constante, definimos<br />
62
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
el coeficiente medio del aumento de la presión de los gases a volumen<br />
constante:<br />
Siendo p0 la presión de la masa del gas a 0ºC; p su presión a ºC y p -<br />
p0 el valor absoluto del aumento de presión.<br />
La presión de esta masa a ºC va unido al valor de la presión inicial por<br />
la siguiente relación:<br />
El coeficiente medio de aumento de presión a volumen constante es:<br />
• Independiente de la naturaleza del gas.<br />
• Independiente de su temperatura.<br />
• Independiente de su presión inicial.<br />
El valor para todos los gases es de:<br />
(1)<br />
El aumento de presión de los gases a volumen constante se describe:<br />
Sustituyendo (1) en (2), obtendremos:<br />
Donde T=273+ ;<br />
T0=273<br />
Dicha fórmula se escribe normalmente:<br />
63<br />
(2)<br />
7.3. Definición de gas ideal<br />
Gas ideal, o perfecto, es el que sigue rigurosamente las leyes de Mariotte,<br />
Gay-Lussac y Charles.<br />
Pero como hemos dicho anteriormente estas leyes sólo se aproximan a
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U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
la realidad ya que ningún gas es perfecto; sin embargo los gases en<br />
condiciones de presión reducida y temperatura alejada de su punto de<br />
licuefacción (o condensación si se prefiere), se acercan a su estado<br />
perfecto.<br />
En condiciones normales gases como el oxígeno, hidrógeno, nitrógeno,<br />
aire, etc., se encuentran muy cerca del estado perfecto, por el contrario<br />
los gases fácilmente condensables se alejan de dicho estado: amoniaco,<br />
gas carbónico, etc.<br />
Aunque no vamos a demostrarlo, por no ser objeto de este curso, sí<br />
veremos una de las consecuencias de los gases en su estado ideal:<br />
• Igualdad entre los coeficientes y<br />
Todo gas ideal enfriado a -273.15ºC y volumen constante tendrá una<br />
presión nula. A esta temperatura, como vimos, se le conoce con el nombre<br />
de cero absoluto y es la temperatura más baja que se puede obtener.<br />
7.4 Ecuación de estado de un gas ideal<br />
Si a una masa invariable de gas ideal con unas condiciones iniciales p1,<br />
v1, T1 tal que:<br />
Le sometemos a un estado p2,v2, T2, entonces obtenemos que:<br />
Como esta expresión se puede aplicar a todo par de valores de presión<br />
y temperatura, se generaliza de la siguiente forma:<br />
(1)<br />
Según postula Avogadro, volúmenes iguales de distintos gases, a la misma<br />
presión y temperatura contienen el mismo número de moléculas y deduce<br />
que en un mol de cualquier sustancia existe el mismo número de<br />
moléculas que calcula en 6´023x1023 , es decir, un mol es la cantidad de<br />
materia que contiene 6,02 x 1023 entes elementales (átomos, moléculas,<br />
iones, partículas subatómicas, etc). Por eso cuando se utiliza el término<br />
mol, debe dejar en claro si es: 1 mol de átomos, 1 mol de moléculas, 1<br />
mol de iones, etc.<br />
Este número se conoce como número de Avogadro NA ó n= 6´023x1023 64
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
y para un gas se suele formular diciendo que los volúmenes ocupados<br />
por un mol de cualquier gas a igual presión y temperatura son iguales,<br />
por lo que el resultado de la expresión 1 puede expresarse en función<br />
del número de moles de la sustancia, puesto que el volumen es<br />
proporcional a este número:<br />
(2)<br />
Donde n=m/M (m= masa del gas y M= masa molecular del gas).<br />
Finalmente la expresión queda:<br />
Que es la expresión conocida de la ecuación de estado de los gases ideales<br />
o perfectos.<br />
7.5. Constante de gas universal<br />
Siguiendo todo lo explicado en el apartado anterior y de acuerdo con<br />
la hipótesis de Avogadro, como para cualquier sustancia, a 0ºC de<br />
temperatura y una atmósfera de presión, un mol ocupa el volumen de<br />
22´4136 litros, sustituyendo este valor en la ecuación 2 se obtiene el valor<br />
de la constante:<br />
Esta constante es independiente de la naturaleza del gas, siendo la misma<br />
para todos los gases, y se conoce como constante de los gases o constante<br />
de gas universal.<br />
7.6. Masa molar<br />
La unidad SI para cantidad de materia es el mol, que se define como "la<br />
cantidad de materia de un sistema que contiene la misma cantidad de<br />
unidades elementales contenidas en 0,012 Kg de Carbón-12". Según esta<br />
definición, cualquier cantidad de materia que contenga 6,023x1023 entidades, es un mol.<br />
Así, podemos tener 1 mol de átomos, de moléculas, de iones, de protones,<br />
de electrones, etc., siendo necesario por lo tanto, dejar claro de qué se<br />
trata.<br />
La expresión correcta para referirse a la masa de una porción de sustancia,<br />
cuya cantidad de materia es un mol es la masa molar (M). La masa molar<br />
puede referirse a moléculas, átomos, iones, electrones, etc., como ya se<br />
65
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
ha explicado, y se obtiene dividiendo la masa de la sustancia por el<br />
número total de moles:<br />
Por ejemplo: M(KCl) = 74,56 g/mol; M(Cu) = 63,54 g/mol; M(H) =<br />
1,0074 g/mol; M(Cl2) = 70,916 g/mol.<br />
7.7. Compresión de un gas ideal<br />
Como ya se ha comentado antes la ecuación de gas ideal es muy simple<br />
pero todos los gases se desvían del comportamiento de gas ideal en<br />
estados próximos al punto crítico o a la región de saturación.<br />
Esta desviación a una temperatura y presión dadas puede corregirse con<br />
un factor de corrección denominado factor de compresibilidad Z.<br />
Factor de compresibilidad Z<br />
El factor de compresibilidad Z se define como:<br />
o también:<br />
donde:<br />
p es la presión del gas<br />
v es volumen del gas<br />
R es la constante de gas universal<br />
T es la temperatura del gas<br />
Para gases ideales Z=1 y para gases reales puede ser mayor o menor que<br />
la unidad, teniendo en cuenta que cuanto más se aleje de la unidad el<br />
valor de Z, mayor es la desviación del gas con respecto al comportamiento<br />
de gas ideal.<br />
No se puede generalizar para definir un valor de presión baja o una<br />
temperatura alta concreta, dado que dependiendo del gas que se esté<br />
estudiando, se puede tratar de un punto crítico o de otro muy alejado,<br />
es decir, la presión o temperatura de una sustancia es alta o baja con<br />
relación a su presión crítica o temperatura crítica.<br />
Una forma de solucionar esta diferencia consiste en recurrir a presiones<br />
y temperaturas normalizadas respecto de sus temperaturas y presiones<br />
críticas como sigue:<br />
66
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
y<br />
Donde PR y TR se denominan presión reducida y temperatura reducida.<br />
El factor Z es aproximadamente el mismo para todos los gases a la misma<br />
presión y temperatura reducidas, lo cual recibe el nombre de principio<br />
de estados correspondientes.<br />
Los valores de Z obtenidos mediante experimentos, se grafían contra PR<br />
y TR para varios gases y al ajustar los datos obtenidos se la carta de<br />
compresibilidad generalizada, que puede utilizarse para todos los gases.<br />
Hay que tener en cuenta que la utilización de estas cartas implica el<br />
conocimiento de los datos del punto crítico.<br />
Si se observa esta carta se puede ver que:<br />
• A presiones muy bajas (PR >1).<br />
• La desviación de un gas del comportamiento de gas ideal es mayor<br />
cerca del punto crítico.<br />
67
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U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
8. CALOR Y TRABAJO<br />
Si en los primeros capítulos se estudió el concepto de calor como la<br />
energía que se transfiere entre dos sistemas (o de un sistema y sus<br />
alrededores), este tema tendrá en cuenta también el concepto de trabajo<br />
y se estudiará cómo ambos son formas de energía en tránsito de unos<br />
cuerpos o sistemas a otros, estando relacionadas entre sí.<br />
8.1. Clasificación, formas y tipos de energía<br />
La materia se transforma por efecto de la energía.<br />
Ejemplo: Un ejemplo claro visto en otros apartados, es la acción calórica<br />
de los rayos del sol sobre el agua de los mares, provocando la evaporación.<br />
El descubrimiento del fuego proporcionó al hombre la posibilidad de<br />
cocinar sus alimentos y fabricar diferentes utensilios. Al encender el gas<br />
de la cocina, por ejemplo, se produce el calor necesario para hervir el<br />
agua de la cafetera.<br />
Cuando ingerimos alimentos obtenemos energía que empleamos en<br />
actividades como hablar, caminar, etc., es decir, en realizar trabajo.<br />
También aprovechó la fuerza muscular de los animales, aprendió a utilizar<br />
el movimiento como forma de energía. Después, usó la energía del viento,<br />
la de las aguas de los ríos y la de las corrientes marinas.<br />
Con esas energías el hombre descubrió que podía poner en movimiento<br />
los motores, energías temporales. Este problema lo solucionó con la<br />
utilización del vapor, y consiguió que los motores funcionaran de forma<br />
permanente.<br />
La corriente eléctrica, cuando pasa por un circuito, pone en<br />
funcionamiento el televisor.<br />
A continuación se presenta una clasificación de distintos tipos de energía:<br />
• Energía estática: es todo tipo de energía que se encuentra almacenada<br />
en un sistema y además es propiedad del cuerpo o sistema donde<br />
reside:<br />
- Energía cinética.<br />
- Energía potencial.<br />
- Energía interna.<br />
- Energía química.<br />
- Energía nuclear.<br />
- Energía electromagnética.<br />
68
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
• Energía dinámica: no es propiedad del sistema y se conoce más<br />
generalmente como trabajo.<br />
• Calor: Se transforma o se pone de manifiesto mientras tiene lugar<br />
un proceso, consiste en flujo de energía.<br />
Ejemplos: A continuación se enumeran una serie de ejemplos de distintas<br />
energías existentes en la naturaleza:<br />
• Energía solar: es la que se genera por las radiaciones solares, que se<br />
transforman en calor al entrar en contacto con los cuerpos. El hombre<br />
ha ideado diferentes formas para utilizar la energía solar. Algunas de<br />
ellas son los colectores solares y espejos curvos especiales, que se<br />
utilizan en calefacción y para generar energía eléctrica. La energía<br />
solar tiene la ventaja de no contaminar.<br />
• Energía mecánica: es aquella que el hombre utilizó, en un comienzo,<br />
como producto de su propio esfuerzo corporal. Luego utilizó la fuerza<br />
animal, para lo que domesticó animales como bueyes, caballos y<br />
burros.<br />
• Energía eléctrica: es la que se produce por el movimiento de electrones<br />
a través de un conductor.<br />
• Energía nuclear: es la que se produce cuando se rompe el núcleo del<br />
átomo, debido a la liberación de la fuerza que mantiene unidas las<br />
partículas del núcleo atómico. El átomo se compone de núcleo y<br />
corteza. Éstos se unen para formar las moléculas. Cuando lo que se<br />
rompe es el núcleo del átomo, como en el caso del Uranio, se libera<br />
mucha energía, llamada energía nuclear. La bomba atómica es la<br />
liberación incontrolada de esta energía.<br />
• Energía eólica: es la que se origina por la fuerza del viento. Tiene<br />
muchas ventajas, porque no provoca contaminación y es inagotable.<br />
Puede generar energía eléctrica por medio de molinos de viento.<br />
• Energía hidráulica: es la que se origina por la caída del agua y se<br />
utiliza para generar energía mecánica y energía eléctrica.<br />
• Energía química: es producto de una combustión en la cual se combina<br />
el oxígeno del aire con la materia del cuerpo que arde. Durante la<br />
combustión se producen luz y calor. Cuando las moléculas se rompen<br />
se libera energía química.<br />
8.2. Definición de trabajo<br />
“La energía es la capacidad de efectuar trabajo". Esta sencilla definición no<br />
es muy precisa ni correcta para todos los tipos de energía, como por<br />
ejemplo aquella asociada al calor, pero sí es correcta para la energía de<br />
69
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
tipo mecánico, que a continuación describiremos y que servirá para<br />
entender la estrecha relación entre trabajo y energía.<br />
En el lenguaje cotidiano el trabajo tiene diversos significados, por ejemplo,<br />
en física y termodinámica se utiliza para describir lo que se obtiene<br />
mediante la acción de una fuerza que se desplaza cierta distancia.<br />
El trabajo efectuado por una fuerza constante, tanto en magnitud como<br />
en dirección, se define como el producto de la magnitud del<br />
desplazamiento por la componente de la fuerza paralela al desplazamiento:<br />
donde:<br />
W es el trabajo obtenido.<br />
F es la componente de la fuerza paralela al desplazamiento neto.<br />
d es la cantidad de desplazamiento que se produce.<br />
Esta imagen ilustra este concepto:<br />
En forma más general se escribe:<br />
donde:<br />
F es la magnitud de la fuerza constante.<br />
d el desplazamiento del objeto.<br />
el ángulo entre las direcciones de la fuerza y del desplazamiento<br />
neto.<br />
Por definición, el trabajo realizado sobre el sistema es positivo, y el trabajo<br />
realizado por el sistema es negativo.<br />
El calor y la energía mecánica o trabajo son dos valores de la misma<br />
naturaleza, que se pueden transformar entre sí.<br />
Ejemplo: Si disponemos de una fuente de calor y la aplicamos a una<br />
turbina de vapor, un motor diesel, etc., se está realizando una<br />
transformación de calor en trabajo mecánico, en lo que llamamos motores<br />
térmicos.<br />
70
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
8.3. Tipos de transformaciones del trabajo<br />
Generalmente, en el estudio de los ciclos termodinámicos o<br />
transformaciones del trabajo se supone que el sistema es un fluido<br />
perfecto, que funciona en una máquina igualmente perfecta; es decir,<br />
suponiendo que el ciclo está constituido por una serie de transformaciones<br />
termodinámicas ideales, como las adiabáticas (sin flujo de calor hacia o<br />
desde el sistema), isotérmicas (a temperatura constante)o politrópicas<br />
(donde todos los valores de las magnitudes características varían<br />
conjuntamente).<br />
Un ciclo termodinámico inverso busca lo contrario al ciclo termodinámico<br />
de obtención de trabajo, aportando trabajo externo al ciclo para conseguir<br />
que la transferencia de calor se produzca de la fuente más fría a la más<br />
caliente, al revés de como tendería a suceder naturalmente.<br />
Esta disposición se emplea en las máquinas de aire acondicionado y en<br />
refrigeración.<br />
8.3.1. Isotérmicas<br />
Las transformaciones isotérmicas son aquellas en las que la temperatura<br />
del sistema permanece constante.<br />
En el diagrama de Clapeyron o diagrama P-v, obtenemos una<br />
representación del trabajo como el área encerrada por la curva, tal y<br />
como se muestra en la imagen.<br />
En esta transformación no hay variación de la energía interna; además<br />
se cumplen siguiendo la Ley de Mariotte, así pues:<br />
8.3.2. Adiabáticas<br />
En termodinámica se denomina proceso adiabático a aquel en el cual<br />
el sistema no intercambia calor con su entorno. El extremo opuesto a<br />
71
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
un proceso isotérmico, en el que tiene lugar la máxima transferencia de<br />
calor, causando que la temperatura permanezca constante.<br />
Ejemplo: El término adiabático hace referencia a elementos que impiden<br />
la transferencia de calor con el entorno. Una pared aislada se aproxima<br />
bastante a un límite adiabático. Otro ejemplo es la temperatura adiabática<br />
de llama, que es la temperatura que podría alcanzar una llama si no<br />
hubiera pérdida de calor hacia el entorno. En climatización los procesos<br />
de humectación (aporte de vapor de agua) son adiabáticos, puesto que<br />
no hay transferencia de calor, a pesar de que se consiga variar la<br />
temperatura del aire y su humedad relativa.<br />
El calentamiento y enfriamiento adiabático son procesos que comúnmente<br />
ocurren debido al cambio en la presión de un gas (cuando un gas se<br />
comprime obtenemos calor y cuando se expande obtenemos frío). Esto<br />
puede ser cuantificado usando la ley de los gases ideales.<br />
La ecuación matemática que describe un proceso adiabático en un gas<br />
es la siguiente:<br />
donde:<br />
P es la presión del gas.<br />
V su volumen.<br />
es la relación de los calores específicos de un gas:<br />
Cp calor especifico a presión constante.<br />
Cv calor especifico a volumen constante.<br />
En el caso de transformaciones adiabáticas reversibles no puede aplicarse<br />
la ley de Poisson:<br />
Los valores de varían entre los valores de =1.4 correspondiente a los<br />
gases ideales y =1.075 para los fluidos frigorígenos.<br />
8.3.3. Politrópicas<br />
Dentro de los distintos tipos de evoluciones que existen están las<br />
evoluciones politrópicas que describen fenómenos reales, y que significa,<br />
literalmente, "muchas formas".<br />
Nos centraremos en las compresiones politrópicas, que son las que<br />
encontraremos en la práctica de las máquinas frigoríficas.<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
En la imagen quedan representadas las curvas relativas a las compresiones<br />
isotérmica y adiabática de una masa de gas M entre dos presiones.<br />
El triangulo curvilíneo queda representado por los puntos M1 M2 M3.<br />
En la práctica, el punto M” se acercará a M2 cuando el compresor esté<br />
bien enfriado.<br />
Las compresiones politrópicas se caracterizan por la ecuación general<br />
siguiente:<br />
es decir:<br />
Esta ecuación es similar a la ecuación de la ley de Poisson en la que K<br />
se denomina coeficiente de compresión politrópica.<br />
El valor de K será más bajo cuanto más elevado sea la evacuación de<br />
calor.<br />
8.4. Potencia<br />
En la mayoría de los procesos de intercambio energético o realización<br />
de trabajo, un factor importante es el tiempo empleado en el proceso.<br />
Si nos fijamos en aquellos aparatos que, como una nevera, un secador,<br />
una bombilla..., consumen energía y la transforman para enfriar, calentar<br />
o iluminar, la magnitud física que relaciona la energía consumida o el<br />
trabajo realizado en una unidad de tiempo se llama potencia.<br />
Para que una máquina lleve a cabo un trabajo necesita un periodo de<br />
tiempo, por lo tanto si deseamos comparar dos máquinas es indispensable<br />
medir el trabajo que cada una de ellas es capaz de realizar en el mismo<br />
periodo de tiempo. Como podemos ver, se trata de una magnitud<br />
importante.<br />
La potencia de una máquina cuantifica el trabajo constante realizado<br />
73
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
por dicha máquina durante un segundo cuando trabaja a régimen<br />
constante, es decir:<br />
donde:<br />
P es la potencia.<br />
W el trabajo realizado.<br />
t el tiempo empleado en realizar el trabajo.<br />
8.5. Unidades de medida<br />
La unidad de trabajo es el Julio (J) que se define como el trabajo<br />
producido por una fuerza de un Newton cuyo punto de aplicación se<br />
desplaza un metro en la dirección de la fuerza ejercida.<br />
Por definición el trabajo realizado sobre un sistema es positivo, y el<br />
trabajo realizado por un sistema es negativo.<br />
Otras unidades utilizadas para medir el trabajo son las que se presentan<br />
en la tabla siguiente:<br />
Como ya se estudió en apartados anteriores el julio es también una<br />
unidad de medida de la energía.<br />
En cuanto a la potencia, su unidad en el sistema internacional es el vatio<br />
que mide la potencia de un julio por segundo:<br />
Otras unidades son:<br />
UNIDADES DE TRABAJO<br />
UNIDAD EXPRESIÓN EQUIVALENCIA<br />
Caloría cal 1 kJ=4´186 kcal<br />
British termal units Btu 1 kJ=1.0549 Btu<br />
UNIDADES DE TRABAJO<br />
SISTEMA CONVENCIONAL SISTEMA METRICO (S.I.) SISTEMA YARDA LIBRA<br />
Kilocalorías por segundo Kilowatios Caballo de fuerza British termal units por segundo<br />
kcal/s kW HP Btu/s<br />
1 4´186 5´611 3´968<br />
0´2389 1 1´340 0´9180<br />
0´1782 0´746 1 0´7072<br />
0´2520 1´055 1´414 1<br />
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U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
8.6. Estudio de los ciclos termodinámicos<br />
Si partimos de la base de que todas las transformaciones experimentadas<br />
por una sustancia son reversibles, resulta útil tratar los procesos<br />
termodinámicos basándose en ciclos.<br />
Convencionalmente, el término ciclo hace referencia a aquellos procesos<br />
que devuelven un sistema a su estado original después de una serie de<br />
fases, de manera que todas las variables relevantes del sistema vuelven<br />
a tomar sus valores iniciales.<br />
Se denomina ciclo termodinámico al proceso que tiene lugar en<br />
dispositivos destinados a la obtención de trabajo a partir de dos fuentes<br />
de calor a distinta temperatura o, de manera inversa, a producir el paso<br />
de calor de la fuente de menor temperatura a la fuente de mayor<br />
temperatura mediante la realización de trabajo.<br />
La obtención de trabajo a partir de dos fuentes de calor a distinta<br />
temperatura se emplea para producir movimiento, por ejemplo en los<br />
motores o en los alternadores empleados en la generación de energía<br />
eléctrica.<br />
En un ciclo completo, la energía interna de un sistema no puede cambiar,<br />
ya que el calor total neto transferido al sistema debe ser igual al trabajo<br />
total neto realizado por el sistema.<br />
El rendimiento es el principal parámetro que caracteriza a un ciclo<br />
termodinámico, y se define como el trabajo obtenido, dividido por el<br />
calor gastado en el proceso, en un mismo tiempo de ciclo completo si<br />
el proceso es continuo. Este parámetro es diferente según los múltiples<br />
tipos de ciclos termodinámicos que existen, pero está limitado por el<br />
factor o rendimiento del ciclo de Carnot que se tratará en apartados<br />
siguientes.<br />
El estudio de los ciclos termodinámicos es útil para la compresión de los<br />
procesos llevados a cabo por máquinas y <strong>equipos</strong> frigoríficos, puesto que<br />
un ciclo termodinámico inverso busca lo contrario al ciclo termodinámico<br />
de obtención de trabajo.<br />
En los ciclos inversos se aporta trabajo externo al ciclo para conseguir<br />
que la transferencia de calor se produzca de la fuente más fría a la más<br />
caliente, al revés de como tendería a suceder de forma natural. Esta<br />
disposición se emplea en las máquinas de aire acondicionado y en<br />
refrigeración.<br />
8.6.1. Ciclo de Carnot<br />
En 1824 el ingeniero francés Sadi Carnot estudió la eficiencia de las<br />
diferentes máquinas térmicas que trabajan transfiriendo calor de una<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
fuente de calor a otra para concluir con que las más eficientes son las<br />
que funcionan de manera reversible. Para ello diseñó una máquina<br />
térmica totalmente reversible que funciona entre dos fuentes de calor<br />
de temperaturas fijas. Esta máquina se conoce como la máquina de<br />
Carnot y su funcionamiento se llama el ciclo de Carnot.<br />
Así pues, Carnot buscó el ciclo que debía implementar el vapor para<br />
obtener el máximo de energía mecánica para un consumo dado de<br />
energía calorífica en la fuente de calor, con lo que obtuvo un rendimiento:<br />
Para conseguir su objetivo hizo que el fluido del motor describiese un<br />
ciclo en el cual experimentase cuatro transformaciones termodinámicas,<br />
alternadas dos a dos como sigue:<br />
1. Expansión isotérmica. Se parte de una situación en que el gas ocupa<br />
el volumen mínimo Vmin y se encuentra a la temperatura T2 y la<br />
presión es alta. Entonces se acerca la fuente de calor de temperatura<br />
T2 al cilindro y se mantiene en contacto con ella mientras el gas se<br />
va expandiendo a consecuencia de su elevada presión. El gas, al<br />
expandirse, tiende a enfriarse, pero absorbe calor de T2 y así mantiene<br />
su temperatura constante durante esta primera parte de la expansión.<br />
El volumen del gas aumenta produciendo un trabajo sobre el pistón<br />
que se transfiere al movimiento circular. La temperatura del gas<br />
permanece constante durante esta parte del ciclo, por tanto no cambia<br />
su energía interna y todo el calor absorbido de T2 se convierte en<br />
trabajo.<br />
2. Expansión adiabática. La expansión isotérmica termina en un punto<br />
preciso tal que el resto de la expansión, que se realiza adiabáticamente<br />
(es decir sin intercambio de calor, el sistema se mantiene totalmente<br />
aislado de cualquier fuente de calor), permite que el gas se enfríe<br />
hasta alcanzar exactamente la temperatura T1 en el momento en<br />
que el pistón alcanza el punto máximo de su carrera y el gas alcanza<br />
su volumen máximo Vmax. Durante esta etapa todo el trabajo realizado<br />
por el gas proviene de su energía interna.<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
3. Compresión isotérmica. Se pone la fuente de calor de temperatura<br />
T1 en contacto con el cilindro y el gas comienza a comprimirse pero<br />
no aumenta su temperatura porque va cediendo calor a la fuente fría<br />
T2. Durante esta parte del ciclo se hace trabajo sobre el gas, pero<br />
como la temperatura permanece constante, la energía interna del<br />
gas no cambia y por tanto ese trabajo es absorbido en forma de calor<br />
por la fuente T1.<br />
4. Compresión adiabática. La fuente T1 se retira en el momento adecuado<br />
para que durante el resto de la compresión el gas eleve su temperatura<br />
hasta alcanzar exactamente el valor T2 al mismo tiempo que el<br />
volumen del gas alcanza su valor mínimo Vmin. Durante esta etapa<br />
no hay intercambio de calor, por eso se llama compresión adiabática,<br />
y se realiza un trabajo sobre el gas, todo el cual se convierte en energía<br />
interna del gas.<br />
La superficie interna del diagrama del ciclo representa el trabajo mecánico<br />
aportado por la máquina.<br />
Este ciclo presenta una difícil realización en la práctica; es considerado<br />
como el ciclo de referencia para la transformación máxima del flujo de<br />
calor en trabajo, determinando el límite máximo de rendimiento que<br />
se puede alcanzar mediante un ciclo termodinámico.<br />
Así pues, las máquinas frigoríficas son máquinas térmicas invertidas, es<br />
decir, describen un ciclo de Carnot inverso. Si en un ciclo de Carnot el<br />
punto figurativo del estado del fluido se desplaza en el sentido de la<br />
agujas del reloj, en un ciclo frigorífico se moverá en sentido contrario.<br />
8.6.2. Ciclo de Rankine<br />
El ciclo de Carnot es teórico, porque resulta casi imposible llevarlo a<br />
cabo, como se ha comentado, ya que para obtener un coeficiente de<br />
rendimiento frigorífico óptimo en el caso de máquinas frigoríficas, sería<br />
necesario valorar el fluido frigorífico bajo dos adiabáticas y dos isotermas,<br />
lo que supondría realizar las transformaciones adiabáticas a una velocidad<br />
extremadamente grande y las transformaciones isotérmicas a una velocidad<br />
extremadamente lenta.<br />
Desde el punto de vista práctico hay que buscar un ciclo que se aproxime<br />
todo lo posible al ciclo ideal de Carnot, para conseguir un buen<br />
rendimiento en relación al máximo que nos ofrece dicho ciclo.<br />
Así pues, el ciclo de Carnot nos servirá de ciclo comparativo para valorar<br />
y calcular el rendimiento de una máquina frigorífica en relación a dicho<br />
ciclo ideal.<br />
El ciclo de Rankine comprende cuatro transformaciones termodinámicas<br />
alternadas dos a dos, como el ciclo de Carnot, pero a diferencia de éste,<br />
77
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
se trata de dos transformaciones adiabáticas y dos transformaciones<br />
isóbaras (a presión constante).<br />
Tendremos de esta forma que el fluido estará en el estado 1 a la aspiración<br />
del compresor:<br />
1º) Transformación adiabática: compresión que comienza en el punto<br />
1 de máximo volumen y presión mínima para acabar en el punto 2.<br />
2º) Transformación isóbara: se trata de una condensación a presión<br />
constante hasta el punto 3 donde termina alcanzando el volumen<br />
mínimo del ciclo.<br />
3º) Transformación adiabática: expansión del fluido hasta el punto 4 de<br />
mínima presión.<br />
4º) Transformación isóbara: evaporación a presión constante que finaliza<br />
en el punto 1, donde se vuelve al estado de menor presión y máximo<br />
volumen del fluido.<br />
En el caso de fluidos licuables, si en la aspiración del compresor se<br />
dispone de una mezcla liquido-vapor, de manera que al final de la<br />
compresión tengamos vapor saturado (vapor seco), los ciclos de Carnot<br />
y Rankine se superponen.<br />
En el caso contrario, cuando aspiramos vapores saturados secos, la<br />
superficie interior del diagrama es superior en el diagrama de Rankine,<br />
ya que cuando se alcanza la temperatura máxima en el curso de la<br />
compresión, ésta se convertirá entonces en isotérmica.<br />
Pese a estas consideraciones, en la práctica nos encontraremos con que<br />
tendremos que realizar modificaciones en este ciclo, ya que, el ciclo real<br />
de una máquina no es exactamente el ciclo de Rankine. Para que esto<br />
sucediese, las transformaciones 1 y 3 tendrían que ser verdaderamente<br />
adiabáticas reversibles.<br />
Para salvar estos puntos se efectúa una expansión del fluido a través de<br />
un orificio de pequeño diámetro, de forma que se consigue que la<br />
78
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
expansión sea isoentálpica (a entalpía constante), como en el diagrama<br />
siguiente, donde los puntos 2´ y 4´ representan el estado del fluido<br />
después de la compresión y de la expansión adiabática respectivamente.<br />
79
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
9. ESTUDIO TERMODINÁMICO DE LOS CICLOS<br />
DE REFRIGERACIÓN<br />
9.1. Introducción<br />
Las instalaciones frigoríficas tienen por fin mantener la temperatura de<br />
un local o recinto a una temperatura inferior a la temperatura ambiente.<br />
Ello se puede realizar a través de varios métodos. El más ampliamente<br />
utilizado, y en el que se centra el desarrollo del presente curso, es el<br />
basado en la compresión mecánica de un vapor, entendiendo por vapor<br />
todo gas capaz de condensarse a las presiones y temperaturas a las que<br />
se le somete en la instalación.<br />
9.2. El Ciclo de Refrigeración<br />
El ciclo de refrigeración es el proceso al que se somete el fluido frigorífico<br />
para conseguir el enfriamiento de un recinto. Se compone de las siguientes<br />
etapas:<br />
• Evaporación.<br />
• Compresión.<br />
• Condensación.<br />
• Expansión.<br />
El ciclo inicia con el fluido en forma de líquido a baja presión. En esas<br />
condiciones, el líquido se evapora de modo espontáneo en el interior<br />
del evaporador, absorbiendo del local a refrigerar el calor necesario para<br />
realizar dicha transformación (calor latente de vaporización).<br />
En modo de vapor, el fluido accede al compresor donde es elevado a<br />
altas presiones mediante la compresión que le provoca el elemento<br />
mecánico. La compresión también causa un aumento de la temperatura<br />
en el gas y en esas nuevas condiciones el gas condensa a líquido si es<br />
expuesto a una temperatura inferior. Eso es lo que ocurre en el<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
condensador, cediendo el calor absorbido en el evaporador al ambiente<br />
exterior (calor latente de condensación).<br />
Tras el condensador se tiene líquido a elevada presión. Para volver al<br />
estado inicial sólo resta hacer descender la presión del líquido mediante<br />
el elemento de expansión (válvula o capilar), descendiendo también en<br />
dicha expansión la temperatura del fluido.<br />
9.3. Diagramas Termodinámicos<br />
Con el fin de estudiar el ciclo frigorífico, analizar su evolución y modos<br />
de mejora, extraer las potencias y rendimientos frigoríficos que se están<br />
obteniendo, y todo ello de un modo visual, se realizan los diagramas<br />
termodinámicos.<br />
Un diagrama termodinámico es una representación de los diferentes<br />
estados a los que es sometido el fluido a lo largo del ciclo frigorífico en<br />
función de dos variables termodinámicas.<br />
En la aplicación de los diagramas termodinámicos al estudio de los ciclos<br />
frigoríficos presenta especial interés la representación en dicho diagrama<br />
de las curvas que representan, concretamente para el fluido usado en la<br />
instalación, el comienzo y el fin de las fases de evaporación y condensación.<br />
A la línea que marca el comienzo de la evaporación o fin de la<br />
condensación (según si el fluido está absorbiendo o cediendo calor,<br />
respectivamente) se le denomina línea de líquido ya que separa la zona<br />
donde el fluido está presente como líquido únicamente de aquella zona<br />
en la que coexisten líquido y gas.<br />
De modo recíproco, a la línea que marca el fin de la evaporación o el<br />
comienzo de la condensación (según si el fluido está absorbiendo o<br />
cediendo calor, respectivamente) se le denomina línea de vapor ya que<br />
separa la zona donde el fluido está presente como vapor únicamente de<br />
aquella zona en la que coexisten líquido y gas.<br />
Ambas líneas se unen en un punto denominado punto crítico. A la unión<br />
de ambas líneas se le denomina curva de saturación: en su interior<br />
coexisten líquido y vapor y fuera de ella sólo puede existir una de las<br />
fases.<br />
El punto crítico viene marcado por la temperatura crítica del vapor. Por<br />
encima de dicha temperatura el fluido no se considera vapor sino gas (o<br />
vapor seco) ya que no es posible causar su condensación sea cual sea la<br />
presión a la que se somete.<br />
De la selección de las dos variables termodinámicas tomadas como<br />
referencia depende el tipo de diagrama que se obtiene y los resultados<br />
que de él se pueden extraer de modo directo. Los diagramas usados en<br />
81
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
las instalaciones frigoríficas son los siguientes:<br />
• Diagrama Presión-Volumen (diagrama P-V o diagrama de Andrews).<br />
• Diagrama Temperatura-Entropía (diagrama T-S o diagrama entrópico).<br />
• Diagrama Presión-Entalpía (diagrama P-H, diagrama entálpico o de<br />
Mollier).<br />
• Diagrama Entalpía-Entropía (diagrama H-S).<br />
Seguidamente se presentan los conceptos de Entropía y Entalpía para<br />
entender mejor el significado de las respresentaciones termodinámicas.<br />
• Entropía:<br />
- De modo introductorio y en instalaciones frigoríficas la entropía<br />
(S) debe entenderse como una medida de la energía en forma<br />
de calor (Q) que posee un cuerpo a una temperatura dada (T):<br />
En el sistema internacional de unidades, se mide en KJ/ºK<br />
(kilojulios por grado kelvin) y en KJ/ºK Kg cuando se trata de<br />
entropía específica.<br />
• Entalpía:<br />
- De igual modo, la entalpía (H) se define como la suma de la<br />
energía interna (U) de un cuerpo o sustancia y el producto de<br />
la presión (P) al que está sometido por el volumen en el que está<br />
confinado (V):<br />
La energía interna es la suma de la energía en forma de calor y<br />
en forma de trabajo que, de modo potencial, puede transmitir y<br />
desarrollar un cuerpo o sustancia. En el sistema internacional de<br />
unidades la entalpía se mide en KJ (kilojulios) y en KJ/Kg cuando<br />
se trata de entalpía específica.<br />
Al fluido que se le somete a un ciclo frigorífico se le fuerza a realizar una<br />
serie de procesos termodinámicos con el fin de obtener el enfriamiento<br />
deseado. Estos procesos se llevan a cabo manteniendo constante alguna<br />
propiedad física y/o termodinámica: presión, temperatura, entalpía o<br />
entropía. Así:<br />
• La evaporación y la condensación suceden a temperatura y presión<br />
constantes.<br />
• La compresión sucede de modo adiabático (sin intercambio de calor<br />
con el exterior), lo que conlleva que la entropía se puede considerar<br />
constante.<br />
82
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
• La expansión sucede de modo isoentálpico y/o isoentrópico.<br />
Con el objetivo de estudiar los ciclos frigoríficos, sobre los diagramas<br />
termodinámicos se representan líneas que muestran la evolución de las<br />
variables que determinan el diagrama, según se somete al fluido a un<br />
proceso en el que otra variable se mantiene constante.<br />
Por ejemplo, en un diagrama P-V, una línea isoterma representa cómo<br />
debe ser una variación en las condiciones de presión y volumen de un<br />
fluido, de modo que no varíe su temperatura.<br />
De un diagrama interesan las siguientes líneas:<br />
• Isotermas (temperatura constante).<br />
• Isobaras (presión constante).<br />
• Isoentálpicas (entalpía constante).<br />
• Isoentrópicas (entropía constante).<br />
• Isócoras (volumen específico constante).<br />
A continuación se presentan los diagramas citados en párrafos anteriores<br />
y se describen los usos que se les otorga.<br />
9.4. Diagrama P-V o diagrama de Andrews<br />
En el eje horizontal se representan volúmenes específicos y en el eje<br />
vertical presiones. Las líneas isobaras son líneas horizontales y las isócoras,<br />
verticales. El resto de líneas puede verse en el diagrama inferior.<br />
Durante el ciclo frigorífico, el volumen específico del fluido varía<br />
constantemente y la representación del ciclo sobre el diagrama es una<br />
figura muy irregular en la que el cálculo de áreas se hace de un modo<br />
aproximado. Los resultados de dichas mediciones resultan en unidades<br />
mecánicas no termodinámicas.<br />
83
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Por todas estas razones el diagrama de Andrews no se utiliza para el<br />
estudio termodinámico del ciclo de refrigeración. Resulta de especial<br />
interés, sin embargo, en el estudio del ciclo de compresión y de todos<br />
los fenómenos que ocurren durante la compresión del gas.<br />
9.5. Diagrama T-S o diagrama entrópico<br />
En el eje vertical se representan temperaturas y en el eje horizontal<br />
entropías. Las líneas horizontales son isotermas y las verticales<br />
isoentrópicas. Como el ciclo frigorífico está formado por dos isotermas<br />
(evaporación y condensación) y dos isoentrópicas (compresión y<br />
expansión), la representación del ciclo frigorífico resulta ser un rectángulo.<br />
El área englobada por la figura del ciclo frigorífico representa la cantidad<br />
de calor que se obtiene del ciclo. En efecto, el área en el diagrama se<br />
calculará como una diferencia de entropías por una diferencia de<br />
temperaturas y, recordando la definición de entropía, se deduce la<br />
afirmación anterior.<br />
La representación de las líneas y del ciclo frigorífico puede verse en la<br />
figura siguiente:<br />
9.6. Diagrama P-H o diagrama entálpico<br />
En el eje horizontal se grafían entalpías y en el vertical presiones. Las<br />
líneas horizontales son isobaras y las verticales isoentálpicas. La compresión<br />
y la evaporación son isobaras y la expansión es isoentálpica. De ese modo,<br />
el ciclo frigorífico se representa por un rectángulo con uno de sus lados<br />
curvos, el correspondiente a la compresión, que es adiabática y en el<br />
diagrama aparece como un arco de hipérbola.<br />
Como en el eje horizontal aparecen entalpías, las distancias horizontales<br />
84
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
representan directamente energía térmica que se intercambia entre<br />
fluido y entorno.<br />
La representación de las líneas y del ciclo frigorífico puede verse en la<br />
figura siguiente:<br />
9.7. Diagrama H-S<br />
En el eje vertical aparece la entalpía y en el eje horizontal la entropía.<br />
Las isoentrópicas y las isoentálpicas se representan, respectivamente, por<br />
líneas horizontales y verticales.<br />
En este caso son las distancias verticales las que representan la energía<br />
térmica obtenida o cedida por el sistema durante los procesos que<br />
componen el ciclo.<br />
De todos los diagramas vistos, el más ampliamente usado en el estudio<br />
de los ciclos frigoríficos es el de Mollier y será estudiado con más detalle<br />
en el tema correspondiente a sistemas frigoríficos.<br />
85
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
10. HIGROMETRIA<br />
10.1. Introducción<br />
La ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning<br />
Engineers) define el acondicionamiento del aire como: "El proceso de<br />
tratar el aire, de tal manera, que se controle simultáneamente su<br />
temperatura, humedad, limpieza y distribución, para que cumpla con<br />
los requisitos del espacio acondicionado". Como se indica en la definición,<br />
las acciones importantes involucradas en la operación de un sistema de<br />
aire acondicionado son:<br />
• Control de la temperatura.<br />
• Control de la humedad.<br />
• Filtración, limpieza y purificación del aire.<br />
• Circulación y movimiento del aire.<br />
El acondicionamiento completo de aire, proporciona el control automático<br />
de estas condiciones, tanto para el verano como para el invierno. El<br />
control de temperatura en verano se logra mediante un sistema de<br />
refrigeración, y en invierno, mediante una fuente de calor. El control de<br />
humedad en verano requiere de deshumidificadores, lo que se hace<br />
normalmente al pasar el aire sobre la superficie fría del evaporador. En<br />
el invierno, se requiere de humidificadores, para agregarle humedad al<br />
aire en el sistema de calentamiento. La filtración del aire, en general, es<br />
la misma en verano que en invierno. El acondicionamiento de aire en<br />
casas, edificios o en industrias, se hace por dos razones principales:<br />
proporcionar confort al humano, y para un control más completo del<br />
proceso de manufactura; el control de la temperatura y la humedad<br />
mejora la calidad del producto terminado. Para acondicionar aire en un<br />
espacio se requiere tener conocimientos básicos de las propiedades del<br />
aire y la humedad, del cálculo de cargas de calentamiento y de<br />
enfriamiento, manejo de las tablas o carta psicrométrica, y del cálculo<br />
y selección de equipo. También se requiere del conocimiento y manejo<br />
de instrumentos, como termómetros de bulbo seco y de bulbo húmedo<br />
(psicrómetro), el higrómetro, tubo de pitot, registradores, manómetros<br />
y barómetros, como veremos a continuación.<br />
Psicrometría<br />
10.2. Definiciones<br />
Se define psicrometría como la ciencia que estudia las propiedades<br />
termodinámicas del aire húmedo y el efecto de la humedad atmosférica<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
sobre los materiales y el confort humano, así como los métodos para<br />
controlar las características térmicas del aire húmedo.<br />
Aire seco; características<br />
El aire es una mezcla de gases incolora, inodora e insípida que rodea a<br />
la tierra.<br />
La densidad del aire (peso por metro cúbico) varía, siendo mayor a nivel<br />
del mar (donde es comprimido por todo el aire encima del mismo) que<br />
en la cima de una alta montaña. El aire, no es un vapor saturado que<br />
esté cercano a temperaturas donde pueda ser condensado. Es siempre<br />
una mezcla de gases altamente sobrecalentados. Así, cuando calentamos<br />
o enfriamos aire seco, solamente estamos agregando o quitando calor<br />
sensible. Podemos enfriar o calentar el aire, limpiarlo y moverlo, pero<br />
esto no cambia significativamente sus propiedades, ya que los relativamente<br />
pequeños cambios de temperatura que le hagamos, sólo causan<br />
pequeñísimos cambios en el volumen y la densidad.<br />
Si el aire seco se calienta, se expande; y su densidad disminuye cuando<br />
la presión permanece constante. Inversamente, si se enfría el aire seco,<br />
aumenta su densidad. Aún más, las temperaturas, densidades, volúmenes<br />
y presiones, todas varían proporcionalmente.<br />
La composición del aire seco (sin vapor de agua) es la indicada en la<br />
tabla siguiente:<br />
Símbolo químico % en peso % en volumen<br />
Nitrógeno N2 75,47 78,03<br />
Oxígeno O2 232,19 20,99<br />
Dióxido de carbono CO2 0,04 0,03<br />
Hidrógeno H2 0,00 0,01<br />
Otros gases (argón, neón, ozono…..) --- 1,30 0,94<br />
En áreas congestionadas o industriales, también puede contener azufre,<br />
carbono, plomo y ciertos ácidos, derivados de la contaminación.<br />
Cada uno de los gases que componen el aire, se comporta de acuerdo<br />
con la ley de Dalton.<br />
Brevemente, esta ley nos dice que una mezcla de dos o más gases puede<br />
ocupar el mismo espacio al mismo tiempo, y que cada uno actúa<br />
independientemente de los otros. Cada uno tiene su propia densidad,<br />
su propia presión (presión parcial), y cada uno responde a los cambios<br />
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U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
de volumen y temperatura según sus características. Como ya hemos<br />
visto, el aire seco no es un gas puro, ya que es una mezcla, y por lo tanto,<br />
no se conforma exactamente según las leyes de los gases, no obstante en<br />
la práctica se considera a esta mezcla de gases (aire seco sin vapor de<br />
agua) como un solo compuesto, que se rige por la ley de los gases.<br />
A continuación se reflejan las características del aire seco a distintas<br />
temperaturas:<br />
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U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Temperatura Volumen Densidad Entalpía Temperatura Volumen Densidad Entalpía<br />
ºC Específico ºC Específico<br />
m3 /kg Kg/m3 Kcal/kg m3 /kg Kg/m3 Kcal/kg<br />
-15 0,7304 1,3691 0,6722 18 0,8244 1,2130 8,6372<br />
-14 0,7332 1,3638 0,9123 19 0,8274 1,2086 8,8772<br />
-13 0,7363 1,3581 1,1523 20 0,8302 1,2044 9,1228<br />
-12 0,7391 1,3530 1,3923 21 0,8329 1,2006 9,3628<br />
-11 0,7422 1,3473 1,6323 22 0,8360 1,1961 9,6028<br />
-10 0,7453 1,3416 1,8779 23 0,8389 1,1920 9,8484<br />
-9 0,7480 1,3369 2,1179 24 0,8418 1,1880 10,0706<br />
-8 0,7511 1,3313 2,3579 25 0,8446 1,1839 10,3284<br />
-7 0,7538 1,3266 2,5980 26 0,8474 1,1800 10,5740<br />
-6 0,7563 1,3222 2,8390 27 0,8501 1,1763 10,7640<br />
-5 0,7591 1,3173 3,0835 28 0,8529 1,1725 10,5740<br />
-4 0,7619 1,3125 3,3235 29 0,8556 1,1687 10,7640<br />
-3 0,7650 1,3072 3,5636 30 0,8583 1,1650 11,0540<br />
-2 0,7678 1,3024 3,8036 31 0,8612 1,1611 11,2996<br />
-1 0,7706 1,2977 4,0447 32 0,8645 1,1567 11,5396<br />
0 0,7734 1,2928 4,2892 33 0,8672 1,1531 11,7796<br />
1 0,7756 1,2893 4,5292 34 0,8700 1,1494 12,0252<br />
2 0,7790 1,2837 4,7692 35 0,8727 1,1458 12,2652<br />
3 0,7822 1,2784 5,0148 36 0,8756 1,1420 12,7564<br />
4 0,7850 1,2739 5,2547 37 0,8786 1,1382 12,9908<br />
5 0,7878 1,2693 5,4948 38 0,8816 1,1343 13,2308<br />
6 0,7908 1,2645 5,7404 39 0,8843 1,1308 13,4764<br />
7 0,7933 1,2605 5,9803 40 0,8871 1,1273 13,7164<br />
8 0,7961 1,2562 6,2204 41 0,8900 1,1236 13,9620<br />
9 0,7988 1,2518 6,4615 42 0,8932 1,1196 14,4420<br />
10 0,8015 1,2476 6,7060 43 0,8957 1,1164 14,6820<br />
11 0,8044 1,2431 6,9460 44 0,8987 1,1127 14,9276<br />
12 0,8076 1,2381 7,1860 45 0,9014 1,1093 15,1676<br />
13 0,8104 1,2339 7,3983 46 0,9042 1,1059 15,4132<br />
14 0,8131 1,2297 7,6716 47 0,9073 1,1021 15,6532<br />
15 0,8159 1,2256 7,9116 48 0,9100 1,0988 15,8955<br />
16 0,8188 1,2213 8,1183 49 0,9129 1,0954 16,1400<br />
17 0,8217 1,2168 8,3972 50 0,9158 1,0919 16,3900<br />
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U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Humedad atmosférica<br />
Como ya sabemos, dos terceras partes de la superficie de la tierra están<br />
cubiertas por agua: océanos, lagos y ríos, de los cuales se desprende el<br />
vapor de agua. Las nubes, también producto de esta evaporación,<br />
contribuyen a la humedad del ambiente al condensarse y precipitarse<br />
en forma de lluvia o nieve.<br />
Por costumbre común, decimos que el aire contiene humedad, y es<br />
conveniente hacerlo así, en el entendido de que siempre recordemos<br />
que es meramente una manera de hablar, y que en realidad, los dos son<br />
independientes uno del otro, y que no responden de la misma manera<br />
a los cambios de condiciones, especialmente a los cambios de temperatura.<br />
Todo lo anterior es lo que sucede a la intemperie. Dentro de una casa,<br />
edificio o fábrica, el vapor de agua puede provenir de la cocina, baño,<br />
máquinas, personas, etc. Así pues, la cantidad de humedad en el aire en<br />
un lugar y tiempo determinados, puede variar considerablemente. El<br />
vapor de agua es producido por el agua, a cualquier temperatura (aún<br />
por el hielo).<br />
Vapor de agua, características<br />
La humedad es un término utilizado para describir la presencia de vapor<br />
de agua en el aire, ya sea a la intemperie, o dentro de un espacio, aire<br />
y vapor de agua, existen juntos en un espacio dado al mismo tiempo.<br />
Independientes uno del otro, y que no responden de la misma manera<br />
a los cambios de condiciones, especialmente a los cambios de temperatura.<br />
Las palabras "vapor" y "gas", comúnmente las empleamos para referirnos<br />
a lo mismo; pero en realidad, un gas es un vapor altamente sobrecalentado,<br />
muy lejos de su temperatura de saturación, como el aire. Un vapor está<br />
en sus condiciones de saturación o no muy lejos de ellas, como el vapor<br />
de agua. Así pues, el vapor de agua o "humedad" en un espacio, puede<br />
estar en una condición de saturación o ligeramente arriba de ella. Si lo<br />
enfriamos unos cuantos grados, hacemos que se condense, y si le aplicamos<br />
calor, lo sobrecalentamos.<br />
El agua no tiene que estar en ebullición, aunque si lo está, el vapor de<br />
agua es producido con mayor rapidez. El vapor ejerce una presión<br />
definida encima del agua, la cual es determinada solamente por la<br />
temperatura del agua misma, independientemente de si el agua está o<br />
no en ebullición o de si el espacio por encima del agua contiene aire.<br />
Tampoco la presión del aire ejerce efecto alguno sobre la presión del<br />
vapor. Si el agua está a una temperatura de 4ºC, la presión del vapor de<br />
agua sobre la misma es de 0.81 kPa, la cual es una presión menor que<br />
la atmosférica (vacío). Si la temperatura del agua aumenta a 15ºC, la<br />
presión del vapor de agua sobre la misma, aumenta más del doble, es<br />
decir, a 1.70 kPa .<br />
90
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
En la tabla siguiente, se muestran las propiedades del vapor de agua<br />
saturado. Los valores de la primera columna son las temperaturas en<br />
grados centígrados. Los valores de la segunda y tercera columna, son las<br />
presiones del vapor sobre el agua, correspondientes a las temperaturas<br />
de la primera columna; este vapor se conoce como "saturado", porque<br />
es todo el vapor de agua que puede contener ese espacio a esa temperatura.<br />
Hay que tener en cuenta que no hay diferencia si hay o no aire en ese<br />
espacio; la presión del vapor de agua será la misma, ya que ésta depende<br />
totalmente de la temperatura del agua. Cuando comúnmente nos<br />
referimos a la presión atmosférica o barométrica, estamos incluyendo la<br />
presión del aire y la presión del vapor de agua que éste contiene. La<br />
presión atmosférica "normal" a nivel del mar, es de 101.325 kPa o de 760<br />
mm. de mercurio. Si la presión del vapor de agua en el aire a 15 o C es<br />
1.70 kPa, entonces, la presión del aire seco sería 99.625 kPa (101.325 -<br />
1.70); ya que, de acuerdo a la ley de Dalton, la presión total es la suma<br />
de las presiones parciales de los componentes: la del aire seco y la del<br />
vapor de agua. En la cuarta columna de la tabla, tenemos los valores de<br />
volumen específico. Estos nos indican el volumen en m 3 que ocupa un<br />
kilogramo de agua en forma de vapor saturado (tabla en pag. siguiente)<br />
Aire saturado<br />
El término de aire saturado se emplea para indicar que el vapor de agua<br />
está saturado en la mezcla de aire seco y vapor de agua. Por tanto la<br />
presión parcial en la mezcla es igual a la presión de saturación<br />
correspondiente a la que se encuentra la mezcla; en este caso<br />
dispondremos de aire seco mezclado con vapor de agua saturado.<br />
A una temperatura determinada, si el aire está saturado y se aumenta la<br />
proporción de vapor se llegará a la condensación o formación de niebla.<br />
Si el vapor presente en el aire está sobrecalentado, se le podrá añadir<br />
más vapor hasta que se llegue a la saturación.<br />
Humedad absoluta<br />
El término "humedad absoluta" (ha), se refiere al peso del vapor de agua<br />
por unidad de volumen, generalmente un metro cúbico. En este espacio,<br />
normalmente hay aire también, aunque no necesariamente.<br />
La humedad relativa está basada en la humedad absoluta, bajo las<br />
condiciones establecidas; es decir, la humedad relativa es una comparación<br />
con la humedad absoluta a la misma temperatura, si el vapor de agua<br />
está saturado. Tanto la humedad absoluta como la relativa, están basadas<br />
en el peso del vapor de agua en un volumen dado.<br />
91
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Tabla propiedades de mezclas de aire seco y vapor saturado a la presión atmosférica<br />
Humedad relativa<br />
La humedad relativa (hr) es un término utilizado para expresar la<br />
cantidad de humedad en una muestra dada de aire, en comparación con<br />
la cantidad de humedad que el aire tendría, estando totalmente saturado<br />
y a la misma temperatura de la muestra.<br />
La humedad relativa se expresa en porcentajes, tal como 50%, 75%,<br />
30%, etc. De acuerdo con la ASHRAE, una definición más técnica de la<br />
hr, sería la relación de la fracción mol del vapor de agua presente en el<br />
aire, con la fracción mol del vapor de agua presente en el aire saturado,<br />
a la misma temperatura y presión.<br />
92
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Humedad específica<br />
La humedad específica se refiere a la cantidad de humedad en peso que<br />
se requiere para saturar un kilogramo de aire seco, a una temperatura<br />
de saturación (punto de rocío) determinada.<br />
La humedad específica es muy similar a la humedad absoluta, excepto<br />
que esta última está basada en gramos por metro cúbico, y la humedad<br />
específica, está basada en gramos de humedad por kilogramo de aire<br />
seco.<br />
Punto de rocío<br />
El punto de rocío se define como: la temperatura debajo de la cual el<br />
vapor de agua en el aire comienza a condensarse. También es el punto<br />
de 100% de humedad.<br />
La humedad relativa de una muestra de aire puede determinarse por su<br />
punto de rocío. Existen varios métodos para determinar la temperatura<br />
del punto de rocío. Un método para determinar el punto de rocío con<br />
bastante precisión es colocar un fluido volátil en un recipiente de metal<br />
brillante; después, se agita el fluido con un aspirador de aire. Un<br />
termómetro colocado dentro del fluido indicará la temperatura del fluido<br />
y del recipiente. Mientras se está agitando, debe observarse cuidadosamente<br />
la temperatura a la cual aparece una niebla por fuera del recipiente de<br />
metal. Esto indica la temperatura del punto de rocío. La niebla por fuera<br />
del recipiente no es otra cosa que la humedad en el aire, que comienza<br />
a condensarse sobre el mismo. No deben emplearse fluidos inflamables<br />
o explosivos para esta prueba. Otro medio para determinar el punto de<br />
rocío indirectamente es con un instrumento llamado Psicrómetro, el<br />
cual se describirá más adelante. Este método se basa en las temperaturas<br />
de "bulbo húmedo" y la de "bulbo seco", las cuales también se definirán<br />
más adelante. Durante la temporada de invierno, una ventana ofrece un<br />
buen ejemplo del punto de rocío. En la tabla siguiente, se muestran las<br />
temperaturas de superficie, las cuales causarán condensación (punto de<br />
rocío) para varias condiciones de humedad. Las temperaturas interiores<br />
utilizadas son 21ºC y 27 ºC.<br />
93
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Temperatura de rocío<br />
Si una mezcla de aire y vapor se enfría a presión constante, la temperatura<br />
a la que tendríamos vapor saturado se llama temperatura de rocío o<br />
punto de rocío.<br />
Esta temperatura de rocío o de saturación es correspondiente a la presión<br />
parcial del vapor de agua de la mezcla.<br />
Es otra propiedad de aire incluida en una carta psicrométrica. Esta es la<br />
temperatura a la cual se condensará la humedad sobre una superficie.<br />
La escala para las temperaturas de punto de rocío es idéntica que la<br />
escala para las temperaturas de bulbo húmedo; es decir, es la misma<br />
escala para ambas propiedades.<br />
Bulbo seco<br />
Temperaturas de superficies a las que habrá condensación<br />
Humedad relativa del<br />
aire %<br />
21ºC 27ºC<br />
100 21 27<br />
90 19 25<br />
80 18 23<br />
70 15 20<br />
60 13 18<br />
50 10 15<br />
40 7 12<br />
30 3 8<br />
20 -2 2<br />
El confort humano y la salud, dependen grandemente de la temperatura<br />
del aire. En el acondicionamiento de aire, la temperatura del aire indicada<br />
es normalmente la temperatura de «bulbo seco» (bs), tomada con el<br />
elemento sensor del termómetro en una condición seca. Es la temperatura<br />
medida por termómetros ordinarios en casa. Hasta este punto, todas las<br />
temperaturas a que nos hemos referido han sido temperaturas de bulbo<br />
seco, tal como se leen en un termómetro ordinario, excepto donde nos<br />
hemos referido específicamente a la temperatura del punto de rocío.<br />
94<br />
Temperatura de bulbo seco<br />
de la superficie cuando se<br />
inicia la condensación.<br />
Temperatura del aire del<br />
cuarto.
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Bulbo húmedo<br />
Básicamente, un termómetro de bulbo húmedo no es diferente de un<br />
termómetro ordinario, excepto que tiene una pequeña mecha o pedazo<br />
de tela alrededor del bulbo y esta mecha se humedece con agua limpia;<br />
la evaporación de este agua disminuirá la lectura (temperatura) del<br />
termómetro. Esta temperatura se conoce como de «bulbo húmedo»<br />
(bh). Si el aire estuviese saturado con humedad (100% hr), la lectura<br />
de la temperatura en el termómetro de bulbo húmedo, sería la misma<br />
que la del termómetro de bulbo seco. Sin embargo, la hr normalmente<br />
es menor de 100% y el aire está parcialmente seco, por lo que algo de<br />
la humedad de la mecha se evapora hacia el aire. Esta evaporación de<br />
la humedad de la mecha provoca que la mecha y el bulbo del termómetro<br />
se enfríen, provocando una temperatura más baja que la del bulbo seco.<br />
Mientras más seco esté el aire, más rápida será la evaporación de la<br />
humedad de la mecha. Así que, la lectura de la temperatura del bulbo<br />
húmedo, varía de acuerdo con lo seco que esté el aire. La precisión de<br />
la lectura del bulbo húmedo, depende de lo rápido que pase el aire sobre<br />
el bulbo. Las velocidades hasta de 1,500 m/min (90 km/ hr), son mejores<br />
pero peligrosas, si el termómetro se mueve a esta velocidad. También,<br />
el bulbo húmedo deberá protegerse de superficies que irradien calor<br />
(sol, radiadores, calentadores eléctricos, calderas, etc.). Se pueden tener<br />
errores hasta del 15% si el movimiento de aire es muy lento, o si hay<br />
mucha radiación presente. Cuando la hr es de 100% (saturación), las<br />
temperaturas de bulbo seco, bulbo húmedo y del punto de rocío son<br />
todas la misma. Abajo de 100% de hr, la temperatura del bulbo húmedo<br />
es siempre algo menor que la del bulbo seco y mayor que el punto de<br />
rocío. En la figura, se ilustran los termómetros de bulbo seco y bulbo<br />
húmedo. "A" representa la temperatura de bulbo seco, "B" la temperatura<br />
de bulbo húmedo y "C" la mecha que envuelve al bulbo húmedo. Nótese<br />
que la temperatura mostrada en el termómetro de bulbo húmedo es<br />
considerablemente menor que la del termómetro de bulbo seco.<br />
Imagen termómetros de bulbo seco y bulbo húmedo<br />
También, la temperatura de bulbo húmedo varía de acuerdo con la<br />
temperatura del cuarto; así que es afectada tanto por el calor sensible<br />
del aire en el cuarto, como por el calor latente de la humedad del aire.<br />
Por lo tanto, la temperatura de bulbo húmedo es una indicación del<br />
calor total en el aire y la humedad.<br />
95
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Factor de calor sensible<br />
Relación de calor sensible con respecto al calor total, siendo este último<br />
la suma del calor sensible y el calor latente.<br />
Calor latente<br />
Cantidad de energía calorífica requerida para efectuar un cambio de<br />
estado (fusión, evaporación, solidificación) de una sustancia, sin cambio<br />
en la temperatura o presión.<br />
Porcentaje de saturación<br />
El porcentaje de saturación (o porcentaje de humedad) es un término<br />
que algunas veces se confunde con la humedad relativa. El porcentaje<br />
de saturación es 100 veces la relación del peso de vapor de agua con el<br />
peso del vapor de agua necesario para saturar un kilogramo de aire seco<br />
a la temperatura del bulbo seco. Esto se puede expresar en una ecuación:<br />
donde:<br />
% saturación=<br />
w1= Humedad específica en el punto de rocío de la mezcla de aire<br />
seco y vapor de agua.<br />
ws= Humedad específica en el punto de saturación.<br />
La humedad relativa está basada en las presiones, las cuales son afectadas<br />
por la temperatura y el volumen. El porcentaje de saturación está basado<br />
en el peso, el cual no es afectado por los cambios de temperatura, y éste<br />
es el más preciso de los dos.<br />
10.3. Métodos y aparatos de medida<br />
Las mediciones absolutas de la humedad del aire atmosférico apenas se<br />
utilizan, puesto que requieren procedimientos muy laboriosos para ser<br />
fiables. De los dos métodos citados a continuación, el primero se hará<br />
a título documental y el segundo como método práctico. Al final del<br />
apartado se describirán dos aparatos de medida de humedad relativa del<br />
aire.<br />
Método gavimétrico de absorción<br />
Un volumen de aire a una temperatura determinada pasa por unos tubos<br />
llenos de productos absorbentes que retienen el vapor de agua atmosférico.<br />
El aumento de masa será la cantidad de vapor de agua absorbida.<br />
96
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
mv= m1 – m<br />
Siendo:<br />
• mv, masa de vapor de agua contenida en los tubos absorbentes y por<br />
tanto contenida en la masa de aire.<br />
• m, masa de los tubos absorbentes antes de hacer pasar el aire por<br />
ellos.<br />
• m1, masa de los tubos después de haber hecho pasar el aire.<br />
Para determinar la cantidad de vapor de agua contenida por metro<br />
cúbico de mezcla a la temperatura dada como:<br />
vapor de agua kg en 1 m3 de mezcla=<br />
Para poder asegurar que todo el vapor de agua ha sido absorbido por<br />
los tubos es necesario disponer de un gran número de éstos y hacer pasar<br />
el aire a velocidades suficientemente bajas para que el material absorbente<br />
pueda captar todo el vapor presente en la mezcla, lo cual se traduce en<br />
procesos muy largos de medición.<br />
Método del punto de rocío<br />
El método del punto de rocío consiste en enfriar una superficie metálica<br />
hasta que aparezcan condensaciones sobre ella.<br />
La superficie metálica, cuya temperatura podemos determinar en todo<br />
momento a través de un termómetro, se enfría mediante un líquido o<br />
por evaporación de fluidos frigorígenos, mientras el aire se proyecta<br />
sobre la superficie metálica pulida como un espejo. La temperatura de<br />
rocío se obtiene con precisión cuando desaparece la proyección luminosa<br />
del espejo sobre la pantalla.<br />
Higrómetros<br />
Procedimiento del punto de rocío<br />
E1 más simple de todos es el higrómetro de cabello, con sus variantes a<br />
base de una cinta higroscópica o de un haz de hilos de algodón. El<br />
higrómetro de cabello estaba basado en la cualidad que tiene el cabello<br />
de alargarse en presencia de la humedad; este tipo de higrómetros no<br />
97
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
resulta preciso y se ha evolucionado hacia higrómetros basados en:<br />
• La velocidad de difusión del vapor de agua a través de una pared<br />
ligeramente porosa (la velocidad de difusión aumenta con la sequedad<br />
del aire).<br />
• La variación de la resistencia de juego de electrodos de plata recubiertos<br />
de sal metálica higroscópica; la variación de intensidad que resulta<br />
de la variación de la resistencia se amplifica, por ejemplo, a través de<br />
relés transistorizados.<br />
Actualmente, para mediciones precisas, se emplea el higrómetro<br />
electrónico, que permite tomar mediciones al instante, y precisas, del<br />
punto de rocío, humedad relativa, temperatura o presión.<br />
Psicrómetros<br />
El psicrómetro está formado por un conjunto de dos termómetros,<br />
termómetro seco y un termómetro húmedo. Los dos termómetros,<br />
colocados uno al lado del otro en la misma corriente de aire.<br />
Debido a la evaporación de agua, el termómetro de bulbo húmedo<br />
indicará una temperatura inferior a la del termómetro de bulbo seco;<br />
la diferencia de temperaturas se llama depresión de bulbo húmedo.<br />
Las demás propiedades del aire podrán determinarse entrando con las<br />
temperaturas seca y húmeda en un diagrama pscicrométrico (como<br />
veremos en el apartado 1.10.5. ‘’Composición diagrama psicrométrico’’)<br />
o bien por vía analítica.<br />
El psicrómetro se usa principalmente para medir las condiciones del aire<br />
de un ambiente interior o exterior.<br />
A fin de obtener resultados correctos en la utilización de estos aparatos<br />
es necesario respetar las siguientes condiciones:<br />
• Emplear agua destilada para humidificar el bulbo del termómetro<br />
húmedo<br />
• Emplear agua destilada a temperatura muy próxima a la de la atmósfera<br />
controlada<br />
• Asegurar una ventilación constante del bulbo húmedo.<br />
98<br />
Psicrómetro
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U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
10.4. Carta psicrométrica<br />
Una carta psicrométrica es una gráfica de las propiedades del aire, tales<br />
como temperatura, hr, volumen, presión, etc. Las cartas psicrométricas<br />
se utilizan para determinar cómo varían estas propiedades al cambiar la<br />
humedad en el aire.<br />
Las propiedades psicrométricas del aire que se describen en las<br />
ilustraciones de las tablas han sido recopiladas a través de incontables<br />
experimentos de laboratorio y de cálculos matemáticos, y son la base<br />
para lo que conocemos como la Carta Psicrométrica. Aunque las tablas<br />
psicrométricas son más precisas, el uso de la carta psicrométrica puede<br />
ahorrarnos mucho tiempo y cálculos, en la mayoría de los casos donde<br />
no se requiere una extremada precisión. Como se mencionó al inicio de<br />
este párrafo, la carta psicrométrica es una gráfica que es trazada con los<br />
valores de las tablas psicrométricas; por lo tanto, la carta psicrométrica<br />
puede basarse en datos obtenidos a la presión atmosférica normal al<br />
nivel del mar, o puede estar basada en presiones menores que la<br />
atmosférica, o sea, para sitios a mayores alturas sobre el nivel del mar.<br />
Existen muchos tipos de cartas psicrométricas, cada una con sus propias<br />
ventajas. Algunas se hacen para el rango de bajas temperaturas, algunas<br />
para el rango de media temperatura y otras para el rango de alta<br />
temperatura. A algunas de las cartas psicrométricas se les amplía su<br />
longitud y se recorta su altura; mientras que otras son más altas que<br />
anchas y otras tienen forma de triángulo. Todas tienen básicamente la<br />
misma función; y la carta a usar deberá seleccionarse para el rango de<br />
temperaturas y el tipo de aplicación. En este texto, utilizaremos una carta<br />
psicrométrica basada en la presión atmosférica normal, también llamada<br />
presión barométrica, de 101.3 kPa ó 760 mmHg. Esta carta cubre un<br />
rango de temperaturas de bulbo seco (bs) de -10 o C hasta 55ºC, y un<br />
rango de temperaturas de bulbo húmedo (bh) desde -10ºC hasta 35ºC.<br />
A continuación se muestra una carta psicrométrica básica. Está hecha<br />
con datos basados a la presión atmosférica normal de 101.325 kPa, y las<br />
unidades son las del Sistema Internacional. Las temperaturas están en<br />
grados centígrados; el volumen en m3 /kg; la humedad relativa en<br />
porcentajes; el contenido de humedad en g/kg aire seco; la entalpía y<br />
la entropía están en kilo Joules (kJ) por kg de aire seco. Un kJ/kg = 0.239<br />
kcal/ kg.<br />
En una carta psicrométrica se encuentran todas las propiedades del aire,<br />
de las cuales las de mayor importancia son las siguientes:<br />
• Temperatura de bulbo seco (bs).<br />
• Temperatura de bulbo húmedo (bh).<br />
99
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
• Temperatura de punto de rocío (pr)<br />
• Humedad relativa (hr).<br />
• Humedad absoluta (ha).<br />
• Entalpía (h).<br />
• Volumen específico.<br />
Conociendo dos de cualquiera de estas propiedades del aire, las otras<br />
pueden determinarse a partir de la carta.<br />
Carta psicrométrica.<br />
10.5. Composición diagrama psicrométrico<br />
Líneas de humedad total o específica<br />
La humedad absoluta, es el peso real de vapor de agua en el aire. También<br />
se le conoce como humedad específica. La escala de la humedad absoluta<br />
es la escala vertical (ordenada) que se encuentra al lado derecho de la<br />
carta psicrométrica, como se indica en la figura. Los valores de esta<br />
propiedad se expresan, como ya sabemos, en gramos de humedad por<br />
kilogramo de aire seco (g/kg), en el sistema internacional. Las líneas de<br />
humedad absoluta corren horizontalmente de derecha a izquierda, y son<br />
paralelas a las líneas de punto de rocío y coinciden con éstas. Así pues,<br />
podemos ver que la cantidad de humedad en el aire depende del punto<br />
de rocío del aire. A continuación, veremos algunos ejemplos sencillos<br />
del uso de la carta psicrométrica, con las cinco propiedades físicas descritas<br />
100
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
hasta este punto. Luego, veremos las demás propiedades que faltan por<br />
estudiar. Como se ha dicho, conociendo dos de estas propiedades del<br />
aire, se pueden determinar las demás con el uso de la carta psicrométrica.<br />
Líneas de humedad absoluta en gramos/ kg<br />
Líneas de humedad relativa constante<br />
En una carta psicrométrica completa, las líneas de humedad relativa<br />
constante, son las líneas curvas que se extienden hacia arriba y hacia la<br />
derecha. Se expresan siempre en tantos por ciento, y este valor se indica<br />
sobre cada línea. Como ya hicimos notar previamente, la temperatura<br />
de bulbo húmedo y la temperatura de punto de rocío comparten la<br />
misma escala en la línea curva a la izquierda de la carta. Puesto que la<br />
única condición donde la temperatura de bulbo húmedo y el punto de<br />
rocío son la misma, es en condiciones de saturación; esta línea curva<br />
exterior representa una condición de saturación o del 100% de humedad<br />
relativa. Por lo tanto, la línea de 100% de hr es la misma que la escala<br />
de temperaturas de bulbo húmedo y de punto de rocío. Las líneas de hr<br />
constante disminuyen en valor al alejarse de la línea de saturación hacia<br />
abajo y hacia la derecha, como se ilustra en la figura siguiente.<br />
Líneas de humedad relativa en %<br />
Líneas de temperatura del bulbo seco<br />
En primer término, tenemos la temperatura de bulbo seco. Como ya<br />
sabemos, es la temperatura medida con un termómetro ordinario. Esta<br />
escala es la horizontal (abscisa), en la parte baja de la carta, según se<br />
muestra en la figura. Las líneas que se extienden verticalmente, desde<br />
101
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
la parte baja hasta la parte alta de la carta, se llaman líneas de temperatura<br />
de bulbo seco constantes, o simplemente «líneas de bulbo seco». Son<br />
constantes porque cualquier punto a lo largo de una de estas líneas<br />
corresponde a la misma temperatura de bulbo seco indicada en la escala<br />
de la parte baja. Por ejemplo, en la línea de 40º C, cualquier punto a lo<br />
largo de la misma, corresponde a la temperatura de bulbo seco de 40º<br />
C de la carta psicrométrica, como se muestra en la figura. Las líneas de<br />
temperatura de bulbo húmedo constantes o líneas de bulbo húmedo,<br />
corren diagonalmente de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo,<br />
en un ángulo de aproximadamente 30ª de la horizontal. También se les<br />
dice constantes, porque todos los puntos a lo largo de una de estas líneas,<br />
están a la misma temperatura de bulbo húmedo.<br />
Líneas de temperatura de bulbo seco<br />
Líneas de temperatura del bulbo húmedo constante<br />
Es la segunda propiedad del aire de nuestra carta psicrométrica.<br />
Corresponde a la temperatura medida con un termómetro de bulbo<br />
húmedo. Como ya se explicó en la sección anterior, es la temperatura<br />
que resulta cuando se evapora el agua de la mecha, que cubre el bulbo<br />
de un termómetro ordinario. La escala de temperaturas de bulbo húmedo<br />
es la que se encuentra del lado superior izquierdo, en la parte curva de<br />
la cara psicrométrica, como se muestra en la figura. Las líneas de<br />
temperatura de bulbo húmedo constante o líneas de bulbo húmedo<br />
corren diagonalmente de izquierda a derecha y de arriba abajo, en un<br />
ángulo de aproximadamente 30º de la horizontal. También se les llama<br />
constantes porque todos los puntos a lo largo de una de estas líneas están<br />
a la misma temperatura de bulbo húmedo.<br />
102
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Líneas de volumen específico constante<br />
En la figura, se muestran las líneas del volumen específico constante en<br />
una carta psicrométrica. Estas líneas están en un ángulo aproximado de<br />
60º con la horizontal, y van aumentando de valor de izquierda a derecha.<br />
Por lo general, el espacio entre cada línea, representa un cambio de<br />
volumen específico de 0.05 m3 /kg. Cualquier punto que caiga entre dos<br />
de estas líneas, naturalmente debe ser un valor estimado. Si se desea<br />
saber la densidad del aire a cualquier condición, como ya sabemos, se<br />
debe dividir uno entre el volumen específico, puesto que la densidad es<br />
la inversa del volumen específico y viceversa. Debido a que la mayoría<br />
de los cálculos en trabajos de aire acondicionado se basan en el peso del<br />
aire en lugar del volumen de aire, se recomienda el uso del volumen<br />
específico (m3 /kg de aire) ven vez de la densidad (kg/m3 de aire).<br />
Líneas de entalpía<br />
Líneas de temperatura de bulbo húmedo<br />
Líneas de volumen específico en m3/kg de aire seco<br />
Las líneas de entalpía constantes en una carta psicrométrica, son las que<br />
se muestran en la figura. Debe notarse que estas líneas, son meramente<br />
extensiones de las líneas de bulbo húmedo; puesto que el calor total del<br />
aire depende de la temperatura de bulbo húmedo. La escala del lado<br />
izquierdo lejana a la línea curva da el calor total del aire en kJ/kg de<br />
aire seco, en el sistema internacional. Esta escala aumenta de -6 kJ/kg<br />
a la temperatura de -10ºC de bulbo húmedo, hasta aproximadamente<br />
115 kJ/kg a 33ºC de bulbo húmedo.<br />
103
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Líneas de temperatura punto de rocío<br />
Es otra propiedad de aire incluida en una carta psicrométrica. Esta es la<br />
temperatura a la cual se condensará la humedad sobre una superficie.<br />
La escala para las temperaturas de punto de rocío es idéntica que la<br />
escala para las temperaturas de bulbo húmedo; es decir, es la misma<br />
escala para ambas propiedades. Sin embargo, las líneas de la temperatura<br />
de punto de rocío corren horizontalmente de izquierda a derecha, como<br />
se ilustra en la figura, no en forma diagonal como las de bulbo húmedo.<br />
Cualquier punto sobre una línea de punto de rocío constante, corresponde<br />
a la temperatura de punto de rocío sobre la escala, en la línea curva de<br />
la carta.<br />
Curvas de saturación<br />
Líneas de entalpía en kJ/kg de aire seco<br />
Líneas de temperatura de punto rocío<br />
La constitución del diagrama o carta pscicrometrica consiste de la<br />
sobreimposición de las siete propiedades descritas, ocupando la misma<br />
posición relativa sobre la carta. En la descripción de cada una de las siete<br />
propiedades se definió la línea constante como una línea que puede<br />
contener un número infinito de puntos, cada uno a la misma condición;<br />
esto es, si fuésemos a trazar una sola condición del aire, tal como la<br />
temperatura del bulbo seco sobre la carta psicrométrica, ésta podría caer<br />
en cualquier punto sobre la línea constante, correspondiente a esa<br />
temperatura de bulbo seco. Pero ahora, en la carta psicrométrica<br />
compuesta, tenemos un número de líneas que se cruzan una con otra;<br />
así que, si trazamos un punto sobre una línea de bulbo seco constante,<br />
104
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
este punto también corresponderá a diferentes valores sobre las líneas<br />
constantes para la temperatura de bulbo húmedo, punto de rocío,<br />
humedad relativa, volumen específico, humedad específica y entalpía.<br />
Suponiendo que dos de cualquiera de estas líneas constantes se cruzaran<br />
en un punto común sobre la carta, podremos trazar ese punto<br />
exactamente, si conocemos dos de cualquiera de esas propiedades del<br />
aire. A partir de este punto, podemos entonces movernos a lo largo de<br />
las respectivas líneas constantes para las otras propiedades del aire, y<br />
podemos leer el valor en sus escalas respectivas, sin tener que recurrir<br />
al problema de calcularlos, como vimos en la sección de las tablas<br />
psicrométricas. Aunque este método no es tan preciso como el método<br />
de las tablas, es mucho más rápido, y el grado de precisión es<br />
suficientemente cercano para fines prácticos.<br />
Si a una muestra de aire se le toman las temperaturas de bulbo seco<br />
(35ºC) y bulbo húmedo (22ºC), ¿cuáles serán las demás propiedades?<br />
Primero, trazamos un punto donde estas dos líneas se cruzan, como se<br />
muestra en la figura y lo marcamos como punto "A". Éste es el único<br />
punto en la carta donde existen estas dos condiciones (35ºC bs y 22ºC<br />
bh). Las demás condiciones pueden encontrarse fácilmente, simplemente<br />
nos desplazamos a lo largo de la línea constante correspondiente, leyendo<br />
el valor en esa escala.<br />
El orden no es importante, y puede comenzarse por cualquier propiedad.<br />
Comenzamos determinando la temperatura de punto de rocío; partimos<br />
del punto "A", horizontalmente hacia la izquierda de la carta, y donde<br />
cruza la escala de temperatura de bulbo húmedo, esa es la temperatura<br />
de punto de rocío, ya que es la misma escala, puesto que en esa línea<br />
curva el aire está en su condición de saturación. La temperatura de punto<br />
de rocío para este ejemplo es de 15.8ªC (punto "B"). El contenido de<br />
humedad se determina sobre la escala del lado derecho de la carta; por<br />
lo que, partiendo del punto "A", nos desplazamos horizontalmente hacia<br />
la derecha, y cruzamos la escala en aproximadamente 11,3 g/kg de aire<br />
seco (punto "C").<br />
La humedad relativa se determina por la posición del punto "A", con<br />
respecto a las líneas de humedad relativa de la carta. Examinando de<br />
cerca este punto, vemos que está aproximadamente a una quinta parte<br />
de la distancia entre las líneas de 30% y 40% de hr. Por lo que podemos<br />
estimar que la hr es de 32%.<br />
La ubicación del punto "A", con respecto a las líneas constantes del<br />
volumen específico, indica que cae aproximadamente a 4/5 partes de<br />
la distancia entre la línea de 0.85 y 0.90 m 3 /kg de aire seco, (4 ÷ 5 =<br />
0.80). Como hay una diferencia de 0.05 m 3 /kg entre una línea y otra,<br />
podemos estimar que el volumen específico es 0.85 + 0.80 veces 0.05, o<br />
sea 0.89 m 3 /kg de aire seco, 0.85 + (0.80 x 0.05) = 0.89. La densidad sería<br />
lo inverso del volumen específico, o sea 1 ÷ 0.89 = 1.12 kg/m 3 .<br />
105
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Extendiendo la línea constante de bulbo húmedo, de 22 o C directo<br />
hacia arriba y a la izquierda, hasta cortar la escala de calor total o entalpía<br />
(punto "D"), podemos leer que la entalpía del aire es de 64.6 kJ/kg de<br />
aire seco. Para convertir kilojoules por kilogramo a kilocalorías por<br />
kilogramo, dividimos los kJ/kg entre 4.184(64.6 kJ/kg ÷ 4.184 = 15.44<br />
kcal/kg).<br />
Mientras que los valores de las demás propiedades obtenidos en la carta<br />
psicrométrica son muy parecidos a los calculados mediante el método<br />
de las tablas psicrométricas, parecería que el valor de la entalpía es<br />
considerablemente menos preciso; pero, debe recordarse que en el<br />
proceso de acondicionamiento de aire, nos interesa el cambio de calor,<br />
en lugar del valor absoluto del calor total. La diferencia entre las tablas<br />
y la carta es consistente a través de todo el rango de temperaturas con<br />
las cuales se va a trabajar; así que los cambios en los valores de entalpía<br />
en la carta serán casi idénticos a los cambios en las tablas. Como se puede<br />
observar, es relativamente simple determinar las propiedades del aire en<br />
una carta psicrométrica, conociendo dos (cualquiera) de ellas. Se requiere<br />
que a partir de un punto dado en la carta, las demás propiedades se<br />
obtengan siguiendo una serie de líneas, que pueden ser horizontales,<br />
verticales, diagonales o curvas. La precisión del resultado, depende<br />
grandemente de la versión individual, la habilidad para trazar líneas y<br />
el método de interpolación. La interpolación significa obtener<br />
matemáticamente los valores de los puntos que caen entre dos líneas; lo<br />
cual, en ocasiones, puede consumir una gran cantidad de tiempo y<br />
esfuerzo. Pero el uso de la carta no se limita solamente a determinar las<br />
propiedades de una muestra de aire, también se pueden calcular las<br />
cargas térmicas al calentar o enfriar la muestra de aire, con o sin<br />
humidificación o deshumidificación, cambios en el volumen, mezclas de<br />
aire, etc.<br />
106
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
10.6. Estudio de las operaciones de tratamiento de aire<br />
Humidificación<br />
La humidificación o humectación del aire es un proceso cuya finalidad<br />
es incrementar el con-tenido de humedad absoluta de una masa de aire.<br />
El aire se humidifica normalmente por medio de pulverizadores que<br />
reducen el agua a finas gotitas, a fin de ofrecer una mayor superficie al<br />
flujo de aire que se debe humidificar.<br />
Pulverizar el agua es desmenuzarla en pequeñas partículas, también<br />
llamadas aerosoles. Éstas, luego, se esparcen en el aire que van a<br />
humidificar y se evaporan. La energía necesaria para la evaporación de<br />
los aerosoles proviene del aire ambiente, lo cual produce un enfriamiento<br />
denominado enfriamiento adiabático<br />
Todos los sistemas de humidificación adiabática están basados en uno<br />
de los dos principios: atomización o pulverización; en ambos casos, la<br />
energía requerida para pulverizar el agua es tomada del aire que se<br />
pretende humidificar. El calor total contenido en el aire disminuye, igual<br />
que en los procesos donde tiene lugar un enfriamiento adiabático.<br />
A continuación puede comprobarse en el diagrama psicrométrico el<br />
proceso de humidificación, al no producirse adición de calor, el proceso<br />
que se sigue en el diagrama psicrométrico es una línea de entalpía<br />
constante.<br />
Diagrama psicrométrica humidificación<br />
107
Los humectadores producen agua pulverizada (aerosoles), estas gotas<br />
pueden estar contaminadas por la legionella. La legionelosis se transmite<br />
por vía aérea; es necesario inhalar el germen que el aire transporta dentro<br />
de muy pequeñas gotas de agua. Todas aquellas instalaciones en las que<br />
hay emisión de aerosoles, tales como torres de refrigeración, instalaciones<br />
de agua caliente sanitaria, humectadores, fuentes... deben ser tratadas<br />
con el fin de no propagar la bacteria.<br />
Humidificación por vapor de agua<br />
Cuando se calienta el aire húmedo, la humedad relativa disminuye. Para<br />
compensar, se añade vapor de agua en el aire. Al añadir agua, la relación<br />
de humedad aumenta; este fenómeno se conoce por humidificación.<br />
Debido a que el calor necesario para la vaporización del agua se obtiene<br />
del propio humidificador, el aire aumenta su contenido en agua sin<br />
variación de su temperatura; el proceso que se sigue en el diagrama<br />
psicrométrico es una línea de temperatura constante llamada isoterma.<br />
Calentamiento sensible<br />
Cuando el aire se calienta con una batería, su humedad específica no<br />
varía. Al calentar aire helado se requiere solo un cambio en el calor<br />
sensible del aire y no afecta a la humedad de éste.<br />
Enfriamiento sensible<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Diagrama psicrométrica por vapor de agua<br />
El término cambio de calor sensible se refiere a un cambio en calor que<br />
provocará un cambio en la temperatura del aire. Con frecuencia, al<br />
108<br />
Los humectadores<br />
producen agua<br />
pulverizada (aerosoles),<br />
estas gotas pueden<br />
estar contaminadas por<br />
la legionella. La<br />
legionelosis se<br />
transmite por vía aérea;<br />
es necesario inhalar el<br />
germen que el aire<br />
transporta dentro de<br />
muy pequeñas gotas de<br />
agua. Todas aquellas<br />
instalaciones en las que<br />
hay emisión de<br />
aerosoles, tales como<br />
torres de refrigeración,<br />
instalaciones de agua<br />
caliente sanitaria,<br />
humectadores,<br />
fuentes... deben ser<br />
tratadas con el fin de<br />
no propagar la bacteria.
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
enfriar el aire seco y caliente se requerirá tan sólo un cambio en el calor<br />
sensible del aire. Puesto que un cambio en el calor sensible del aire no<br />
afectará la cantidad de humedad de éste; dicho cambio puede grafiarse<br />
en la carta psicrométrica, paralelo a las líneas constantes de punto de<br />
rocío. Esto significa que el punto de rocío del aire no cambiará mientras<br />
sea solamente calor sensible el que se agrega o se quita. Por otra parte,<br />
el peso total del aire en kg permanece constante, pero su volumen<br />
(m 3 /kg) sí cambia, puesto que el aire se contrae al ser enfriado.<br />
Veamos el enfriamiento sensible de aire en el diagrama psicrométrico.<br />
Si originalmente está a 43ºC de bs, y 21ºCde bh, y se quiere enfriarlo a<br />
17 ºC de bs y 12ºC de bh. Comparando las propiedades de la condición<br />
inicial (1), con las de la condición final (2), podemos ver que hemos<br />
aumentado la hr del aire de aproximadamente 13%, a aproximadamente<br />
56%, como se muestra en la figura siguiente, aunque no se ha cambiado<br />
el contenido de humedad del aire. Esto es porque al enfriar el aire se le<br />
reduce su capacidad de retención de humedad en saturación, y<br />
consecuentemente, se aumenta la relación de humedad en el aire, con<br />
la máxima que podría retener a esa temperatura de bs. Esta línea de<br />
enfriamiento sensible (1-2), es casi paralela a las líneas constantes de<br />
contenido de humedad, que son las mismas de la temperatura de punto<br />
de rocío; por lo que estos dos valores son constantes y no cambian durante<br />
el enfriamiento sensible. En este ejemplo, el contenido de humedad es<br />
de aproximadamente 6.4 g/kg de aire seco, y la temperatura de punto<br />
de rocío es de 8.2 ºC.<br />
También podemos ver que al enfriar el aire, se ha disminuido su volumen<br />
específico de aproximadamente 0.905 m3 /kg, que tenía en el punto 1,<br />
a aproximadamente 0.835 m3 /kg en el punto 2. Consecuentemente, al<br />
disminuir su volumen específico, aumenta su densidad. Como es lógico,<br />
el aire con un cierto contenido de humedad, mientras más frío está es<br />
más denso. Al grafiar el cambio de entalpía para este efecto de enfriamiento<br />
sensible, se puede ver que en la condición 1, contenía 61 kJ/kg (14.58<br />
kcal/kg), mientras que en la condición 2 contiene 34.2 kJ/kg (8.17<br />
kcal/kg). Si restamos la entalpía 2 de la entalpía 1, llegamos a un cambio<br />
total de entalpía de 6.41 kcal/kg. Por lo tanto, por cada kilogramo de<br />
aire que se enfríe de la condición inicial a la final, se deben quitar 6.41<br />
kcal/kg. Este cambio de calor sensible se muestra en la figura como hs.<br />
109
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Diagrama psicrométrico ejemplo enfriamiento sensible<br />
Mezcla de dos cantidades de aire húmedo<br />
En el acondicionamiento de aire, con mucha frecuencia se requiere<br />
mezclar aire a diferentes temperaturas de bh y de bs, para lograr una<br />
determinada condición final de aire. La mayoría de las aplicaciones de<br />
aire acondicionado comercial requieren de un cierto volumen de aire<br />
exterior que sea introducido al espacio ocupado. En la tabla siguiente<br />
se indican los caudales mínimos de aire exterior en l/s por unidad<br />
exigidos por la norma UNE 100-011-91. Puesto que la introducción del<br />
100% de aire exterior no es práctica, desde el punto de vista de costo<br />
operacional, se debe mezclar el aire exterior requerido, con un porcentaje<br />
de aire de retorno, antes de calentarlo o enfriarlo.<br />
110
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Tipo de local Por persona Por m 2 Por local Otros<br />
Almacenes - 0,75 a 3 - -<br />
Aparcamientos - 5 - -<br />
Archivos - 0,25 - -<br />
Aseos públicos - - - 25<br />
Aseos individuales - - 15 -<br />
Auditorios 8 - - -<br />
Aulas 8 - - -<br />
Autopista - 2,5 - -<br />
Bares 12 12 - -<br />
Cafeterías 15 15 - -<br />
Canchas para el deporte - 2,5 - -<br />
Comedores 10 6 - -<br />
Cocinas 8 2 - -<br />
Descanso (Salas de) 20 15 - -<br />
Dormitorios colectivos 8 1,5 - -<br />
Escenarios 8 6 - -<br />
Espera y recepción (Salas) 8 4 - -<br />
Estudios holográficos - 2,5 - -<br />
Exposiciones (Salas de) 8 4 - -<br />
Fiestas (Salas de) 15 15 - -<br />
Fisioterapia (Salas de) 10 1,5 - -<br />
Gimnasios 12 4 - -<br />
Gradas de recintos deportivos 8 12 - -<br />
Grandes almacenes 8 2 - -<br />
Habitaciones de hotel - - 15 -<br />
Habitaciones de hospital 15 - - -<br />
Imprentas, reproducción y planos - 2,5 - -<br />
Juegos (Salas de) 12 10 - -<br />
Laboratorios 10 3 - -<br />
Lavanderías industriales 15 5 - -<br />
Vestíbulos 10 15 - -<br />
Oficinas 10 1 - -<br />
Paseos de centros comerciales - 1 - -<br />
111
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Tipo de local Por persona Por m 2 Por local Otros<br />
Pasillos - - - -<br />
Piscinas - 2,5 - -<br />
Quirófanos y anexos 15 3 - -<br />
Reuniones (Salas de) 10 5 - -<br />
Salas de curas 12 2 - -<br />
Salas de recuperación 10 1,5 - -<br />
Supermercados 8 1,5 - -<br />
Talleres en general 30 3 - -<br />
en centros docentes 10 3 - -<br />
de reparación automática - 7,5 - -<br />
Templos para culto 8 - - -<br />
Tiendas en general 10 0,75 - -<br />
de animales - 5 - -<br />
especiales - 2 - -<br />
UVI 10 1,5 - -<br />
Vestuarios - 2,5 - 10<br />
Un método empleado para el acondicionamiento de mezclas de aire de<br />
distintas condiciones de temperatura y humedad, es mezclar el aire de<br />
retorno y el aire exterior, antes de ser tratado tal y como se muestra en<br />
la figura, donde se distingue el conducto de aire de retorno, el conducto<br />
de aporte de aire exterior, la sección de mezcla, la batería de frío (donde<br />
el aire intercambia calor con el agua refrigerada) y la impulsión de aire<br />
al interior del local.<br />
Aporte da aire exterior de dos cantidades de aire<br />
Si se mezclan 0.71 m 3 /min de aire exterior, a 35ºC de bs y 24 ºC de bh,<br />
con 2.12 m 3 /min de aire de retorno a 27ºC de bs y 19º C de bh, el flujo<br />
total del aire será de 2.83 m 3 /min. Esto dará una relación de mezcla de<br />
25% de aire exterior y 75% de aire recirculado (en base a volumen). En<br />
una carta psicrométrica trazamos las condiciones del aire exterior (punto<br />
112
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
1), y las del aire recirculado o de retorno (punto 2), como se muestra<br />
en la figura.<br />
Calculando los pesos de estas cantidades de aire tenemos que el peso del<br />
aire exterior se calcula con la densidad. Como ya sabemos, la densidad<br />
es lo inverso el volumen específico, por lo que determinamos a partir e<br />
la carta psicrométrica, que el volumen específico del aire exterior, es de<br />
aproximadamente 0.893 m3 /kg de aire. Este dato corresponde a las<br />
condiciones del aire en el punto 1 de la figura.<br />
El peso del aire exterior es:<br />
1/ 0.893 x 0.71 = 0.795 kg/min.<br />
El peso del aire recirculado se calcula procediendo de la misma manera<br />
y tenemos:<br />
1/ 0.814 x 2.12 = 2.604 kg/min,<br />
y el peso total del aire es:<br />
0.795 + 2.604 = 3.399 kg/min.<br />
Los porcentajes (ahora en peso) son 24.45% de aire exterior y 75.54%<br />
de aire de retorno. La diferencia en porcentajes es aproximadamente<br />
de 0.5%, lo que a una temperatura de -9ºC da un error de solamente<br />
0.04º C.<br />
La línea recta que une los puntos 1 y 2, en la figura, representa el trayecto<br />
de la temperatura de la mezcla de estas dos condiciones del aire, en<br />
cualquier proporción. Los puntos extremos 1 y 2 representan el 100%<br />
de la mezcla a esas temperaturas; es decir, si la mezcla constituye 99%<br />
de aire a 35 ºC de bs y 24ºC de bh, el restante 1% sería aire a 27º C de<br />
bs y 19ºC de bh, y este punto estaría muy cercano al punto 1. Si la mezcla<br />
contiene 50% de cada una de las dos condiciones, la condición de la<br />
mezcla resultante caerá sobre la línea, en un punto a la mitad de la<br />
distancia entre 1 y 2.<br />
113
Calentamiento con deshumidificación<br />
Es el calentamiento del aire y la eliminación de la humedad de éste. El<br />
proceso de calentamiento con deshumidificación se caracteriza por un<br />
aumento de la entalpía y una disminución de la humedad relativa.<br />
Enfriamiento con deshumidificación<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Diagrama psicrométrico mezcla de dos cantidades de aire húmedo<br />
Calentamiento con deshumidificación y aporte da aire exterior<br />
Es la eliminación simultánea del calor y la humedad del aire. La cantidad<br />
del vapor de agua, presente dentro de una zona ocupada, variará<br />
dependiendo del número de personas presentes y de su actividad, la<br />
condición del aire exterior, la estructura del edificio y la cantidad de<br />
infiltración.<br />
Revisaremos la capacidad de un sistema de aire acondicionado, el cual<br />
ha sido clasificado por el fabricante en 30,240 kcal/h. En nuestra prueba<br />
de capacidad, no usaremos las mismas condiciones de prueba que el<br />
fabricante, pero podemos aproximarnos, utilizando 100% de aire de<br />
114
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
retorno a la entrada del evaporador en un día caluroso de verano,<br />
ajustando la velocidad del ventilador para que dé una velocidad del aire<br />
de aproximadamente 150 m/min, sobre la superficie del serpentín.<br />
Mientras que este ejemplo se refiere específicamente al acondicionamiento<br />
de aire de verano, las condiciones de humedad controlada se aplican<br />
igualmente al almacenamiento de carne, por ejemplo, en una cámara<br />
de conservación.<br />
Lo primero que hay que hacer es medir las temperaturas de bs y de bh<br />
del aire que entra y sale del serpentín del evaporador. En este ejemplo,<br />
las condiciones iniciales del aire son de 27ºC de bs y de 20ºC de bh; las<br />
condiciones a la salida o finales son de 10ºC de bs y 9ºC de bh. En nuestro<br />
ejemplo, usaremos una velocidad promedio del aire de 158 m/min, y<br />
un evaporador de 91 cm de largo por 46 cm de alto.<br />
El primer paso para calcular la capacidad del sistema es trazar las<br />
condiciones del aire a la entrada y a la salida del serpentín sobre la carta<br />
psicrométrica, tal como se muestra en la figura. El punto 1 representa<br />
las condiciones de entrada del aire, y el punto 2 representa de salida. El<br />
punto 3, representa la temperatura aproximada real del serpentín. El<br />
punto 3 se encuentra extendiendo la línea recta que conecta los puntos<br />
1 y 2, hasta la curva de saturación.<br />
Este punto, también llamado el «punto de rocío del aparato», es la<br />
temperatura promedio del agua que se condensa sobre la superficie del<br />
serpentín. Conforme sea la condición se mueve a la izquierda de la carta,<br />
removiendo calor del aire, pero también humedad. Enseguida,<br />
encontramos el cambio de calor total en un kilogramo de aire, restando<br />
la entalpía en la condición de salida, de la entalpía en la condición de<br />
entrada:<br />
ht = 57,5-27,0= 30,5 kJ/kg (13.74-6.45 = 7.29 kcal/kg).<br />
Puesto que el volumen del aire sobre el serpentín es controlado por el<br />
ventilador, y que este mismo aire cambiará de densidad y volumen<br />
específico al cambiar la temperatura a través del sistema, el siguiente<br />
paso será determinar el peso total del aire que circula por el ventilador.<br />
El peso del aire no cambiará, puesto que la materia no puede ser creada<br />
ni destruida.<br />
El área frontal del evaporador es:<br />
91 x 46 cm = 0.4186 m2 .<br />
Si multiplicamos esto por la velocidad del aire sobre el serpentín,<br />
tendremos un valor de 66.138 m3 /min (0.4186 m2 x 158 m/min).<br />
Ahora, para poder convertir este volumen de aire a peso, dividimos los<br />
m3 /min entre el volumen específico del aire a las condiciones de entrada,<br />
ya que siempre debemos hacer los cálculos para el punto al cual se tomó<br />
la medición de la velocidad del aire. Un vistazo a la carta, muestra que<br />
115
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
la condición de entrada cae un poco menos de la mitad, entre las líneas<br />
constantes de volumen de 0.85 y 0.90 m3 / kg de aire seco. Podemos<br />
estimar por interpolación, que el valor de volumen específico es de 0.87<br />
m3 /kg; así pues, tenemos un peso total de aire circulado de 76.02 kg/min<br />
(66.138 ÷ 0.87).<br />
Ahora, del cálculo anterior, tenemos un cambio de entalpía de 7.29<br />
kcal/kg y tenemos 76.02 kg de aire circulando por minuto. Multiplicando<br />
estos dos valores, nos dará el cambio de entalpía en el aire por minuto,<br />
o sea, 7.29 x 76.02 = 554.2 kcal/min. La capacidad total del equipo, bajo<br />
condiciones reales, se obtiene multiplicando las kcal/min por 60, para<br />
obtener las kcal/h, 554.2 x 60 = 33,252<br />
Diagrama psicrométrico enfriamiento con deshumidificación<br />
116
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
RESUMEN<br />
• La energía es la capacidad para producir cambios y se puede emplear<br />
para la obtención de calor y trabajo.<br />
• El calor es la energía que se transfiere entre dos sistemas (o de un<br />
sistema y sus alrededores), está relacionado con el movimiento de<br />
las partículas que componen el cuerpo o sustancia estudiado.<br />
• El frío es el término negativo del calor, que indica su disminución o<br />
ausencia.<br />
• Cuando dos sistemas comparten espacio físico el calor se transmite<br />
del más caliente al menos caliente. El calor puede pasar de uno a<br />
otro de tres formas distintas:<br />
- Por conducción.<br />
- Por convección.<br />
- Por radiación.<br />
• El término temperatura se refiere al nivel de energía calorífica que<br />
posee un cuerpo. Los aparatos que se utilizan para medir la<br />
temperatura se denominan termómetros:<br />
- Termómetro de mercurio.<br />
- Termómetro de alcohol.<br />
- Termómetros especiales.<br />
Termómetro de máxima.<br />
Termómetros de mínima.<br />
Termómetros de máxima y mínima.<br />
- Termómetro de bulbo termostático.<br />
- Termómetro de par termoeléctrico.<br />
- Termopar.<br />
• Las escalas termométricas actuales se basan en:<br />
- A: La temperatura de fusión del agua.<br />
- B: La temperatura de ebullición del agua.<br />
Las escalas más comunes son:<br />
- Centígrada o Celsius.<br />
- Fahrenheit.<br />
- Reamar.<br />
117
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
- Kelvin.<br />
• Los aumentos de temperatura provocan dilataciones en los cuerpos,<br />
que deben ser controladas ya que pueden resultar tan útiles como<br />
dañinas para los sistemas.<br />
• El calor específico de un cuerpo es la cantidad de calor que hace<br />
falta suministrar a la unidad de masa de ese cuerpo para elevar su<br />
temperatura un grado Kelvin o un grado centígrado.<br />
• El calor latente es la cantidad de calor que hay que suministrar o<br />
extraer a la unidad de masa de ese cuerpo, para provocar en él un<br />
cambio de estado, sin que esto provoque un cambio de temperatura.<br />
• Calor sensible es la cantidad de calor que extraída o aportada a un<br />
cuerpo es capaz de hacer que su temperatura disminuya o aumente<br />
respectivamente, sin que se produzca ningún cambio de fase en el<br />
cuerpo.<br />
• La materia puede existir en la naturaleza ( a la temperatura y presión<br />
de la superficie terrestre) en tres formas físicas distintas que se<br />
denominan estados físicos de la materia o fases de una sustancia:<br />
- Sólido.<br />
- Líquido.<br />
- Gas.<br />
• Los cambios físicos que se pueden producir en la materia son:<br />
- Condensación: paso de una sustancia de estado gas a estado<br />
líquido.<br />
- Solidificación: paso de una sustancia de estado líquido a sólido.<br />
- Fusión: paso de una sustancia de estado sólido a líquido.<br />
- Evaporación: paso de una sustancia de estado líquido a gaseoso.<br />
- Sublimación: paso de una sustancia de estado sólido a gaseoso<br />
sin pasar por el estado líquido.<br />
• Saturación:<br />
- Líquido saturado: esta condición se da cuando una sustancia ha<br />
absorbido calor hasta el momento en que empieza a evaporarse.<br />
- Vapor saturado: cuando la temperatura de una sustancia gaseosa<br />
baja, debido a una cesión o extracción de calor, hasta un punto<br />
en el que cualquier pérdida de calor supondría la condensación<br />
de una parte del vapor.<br />
- Mezcla saturada líquido-vapor: esta condición se da en una sustancia<br />
cuando el líquido y el vapor coexisten en equilibrio.<br />
118
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
• Los gases se caracterizan por no tener una forma definida y adoptar<br />
la del recipiente que los contiene, con los cambios de temperatura<br />
y presión el efecto que se obtiene en los gases es mucho mayor si los<br />
comparamos con los que sufren las sustancias en estado líquido y<br />
sólido. El estudio de las propiedades de los gases lo separaremos en<br />
tres partes:<br />
- Ley de Mariotte: a temperatura constante, relación entre presión<br />
y volumen.<br />
- Ley de Gay-Lussac: a presión constante, relación entre volumen.<br />
- Ley de Charles: a volumen constante, relación entre presión y<br />
temperatura.<br />
• Gas ideal, o perfecto, es el que sigue rigurosamente las leyes de<br />
Mariotte, Gay-Lussac y Charles. La desviación del comportamiento<br />
de un gas real con respecto del de un gas ideal a una temperatura y<br />
presión dadas, puede corregirse con el factor de compresibilidad Z.<br />
• La energía se clasifica en distintos tipos:<br />
- Energía estática:<br />
Energía cinética.<br />
Energía potencial.<br />
Energía interna.<br />
Energía química.<br />
Energía nuclear.<br />
Energía electromagnética.<br />
- Energía dinámica<br />
- Calor<br />
• El trabajo es el producto de la magnitud del desplazamiento por la<br />
componente de la fuerza paralela al desplazamiento. El trabajo<br />
realizado sobre el sistema es positivo, y el trabajo realizado por el<br />
sistema es negativo.<br />
• La potencia de una máquina cuantifica el trabajo que realiza durante<br />
un segundo trabajando a régimen constante.<br />
• Ciclo termodinámico es el proceso que tiene lugar en dispositivos<br />
destinados a la obtención de trabajo a partir de dos fuentes de calor<br />
a distinta temperatura o a producir el paso de calor de la fuente de<br />
menor temperatura a la fuente de mayor temperatura mediante la<br />
realización de trabajo.<br />
• El ciclo de Carnot es teórico ya que resulta casi imposible llevarlo a<br />
cabo.<br />
119
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
• El ciclo de Rankine comprende cuatro transformaciones<br />
termodinámicas alternadas dos a dos, como el ciclo de Carnot, pero<br />
se trata de dos transformaciones adiabáticas y dos transformaciones<br />
isóbaras.<br />
• El método más utilizado para atemperar un espacio es el basado en<br />
la compresión mecánica de un vapor y se compone de las siguientes<br />
etapas:<br />
- Evaporación.<br />
- Compresión.<br />
- Condensación.<br />
- Expansión.<br />
• Para estudiar el ciclo frigorífico existen una serie de diagramas que<br />
nos ayudan a conocer las propiedades de la sustancia sobre la que se<br />
está actuando:<br />
- Diagrama Presión-Volumen (diagrama P-V o diagrama de<br />
Andrews).<br />
- Diagrama Temperatura-Entropía (diagrama T-S o diagrama<br />
entrópico).<br />
- Diagrama Presión-Entalpía (diagrama P-H, diagrama entálpico o<br />
de Mollier).<br />
- Diagrama Entalpía-Entropía (diagrama H-S).<br />
• La psicrometría es la ciencia que estudia las propiedades<br />
termodinámicas del aire húmedo, el efecto de la humedad atmosférica<br />
sobre los materiales y el confort humano y los métodos para controlar<br />
las características térmicas del aire húmedo. Los parámetros que lo<br />
caracterizan son:<br />
- La humedad.<br />
- Aire saturado.<br />
- Humedad absoluta (ha).<br />
- La humedad relativa (hr).<br />
- Humedad específica.<br />
- Punto de rocío.<br />
• Temperatura del bulbo seco es la temperatura medida por termómetros<br />
ordinarios.<br />
• Un termómetro de bulbo húmedo es como un termómetro ordinario<br />
con una mecha o pedazo de tela alrededor del bulbo humedecida<br />
con agua limpia.<br />
120
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
• El porcentaje de saturación, es 100 veces la relación del peso de vapor<br />
de agua con el peso del vapor de agua necesario para saturar un<br />
kilogramo de aire seco a la temperatura del bulbo seco.<br />
• Los métodos y aparatos que se utilizan para medir la humedad del<br />
aire son:<br />
- Método gravimétrico de absorción.<br />
- Método del punto de rocío.<br />
- Higrómetro.<br />
- Psicrómetro.<br />
• Carta psicrométrica es una gráfica de las propiedades del aire, utilizada<br />
para determinar cómo varían estas propiedades al cambiar su<br />
humedad.<br />
• Las operaciones más comunes en el tratamiento del aire son:<br />
- Humidificación.<br />
- Humidificación por vapor de agua.<br />
- Calentamiento sensible.<br />
- Enfriamiento sensible.<br />
- Mezcla de dos cantidades de aire húmedo.<br />
- Calentamiento con deshumificación.<br />
- Enfriamiento con deshumificación.<br />
121
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U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
GLOSARIO<br />
Absorbente: Sustancia con la habilidad de tomar o absorber otra sustancia.<br />
Acondicionador de aire: Dispositivo utilizado para controlar la temperatura,<br />
humedad, limpieza y movimiento del aire en el espacio acondicionado,<br />
ya sea para confort humano o proceso industrial.<br />
Adiabática, compresión: Compresión de gas refrigerante, sin quitarle ni<br />
agregarle calor.<br />
Aeración: Combinación de las substancias con el aire.<br />
Aire: Mezcla de gases que rodea a la tierra, compuesto mayoritariamente<br />
por nitrógeno (N2) y oxígeno (O2).<br />
Aire acondicionado: Control de la temperatura, humedad, limpieza y<br />
movimiento de aire en un espacio confinado, según se requiera, para<br />
confort humano o proceso industrial. Control de temperatura significa<br />
calentar cuando el aire está frío, y enfriar cuando la temperatura es muy<br />
caliente.<br />
Aire normal (estándar): Aire que contiene una temperatura de 20° C<br />
(68º F), una humedad relativa de 36 % y una presión de 101.325 kPa<br />
(14.7 psia).<br />
Aire RAM: Aire forzado a través del condensador, causado por el rápido<br />
movimiento de un vehículo en la carretera.<br />
Aire seco: Aire en el cual no hay vapor de agua (humedad).<br />
Aislamiento (eléctrico): Sustancia que casi no tiene electrones libres; lo<br />
anterior hace que sea pobre en la conducción de la corriente eléctrica.<br />
Aislamiento (térmico): Material que es pobre conductor de calor; por lo<br />
que se usa para retardar o disminuir el flujo de calor. Algunos materiales<br />
aislantes son corcho, fibra de vidrio, elásticos espumados (poliuretano<br />
y poliestireno), etc.<br />
Ambiente: Condiciones circundantes.<br />
Amoniaco: Combinación química de nitrógeno e hidrógeno (NH3).<br />
También se usa como refrigerante y se identifica como R-717.<br />
Anemómetro: Instrumento utilizado para medir la proporción del flujo<br />
o movimiento (velocidad) del aire.<br />
A.S.A.: Siglas de "American Standards Association". Ahora se le conoce<br />
como "American National Standards Institute" (A.N.S.I.).<br />
Atmósfera normal (estándar): Ver Aire Normal (Estándar).<br />
Atomizar: Proceso de cambiar un líquido a partículas diminutas de fino<br />
rocío.<br />
123
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U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Átomo: La partícula más pequeña de un elemento; puede existir sola,<br />
o en combinación con otros átomos.<br />
Baño: Solución líquida usada para limpiar, recubrir o mantener una<br />
temperatura especificada.<br />
Bar: Unidad de presión absoluta. Un bar equivale a 100 kPa (0.9869<br />
atmósferas).<br />
Barómetro: Instrumento para medir la presión atmosférica. Puede estar<br />
calibrado en mm o pulgadas de mercurio en una columna; o en Kg/cm2 o en lb/pulg2 .<br />
Bernouilli, Teorema de: En una corriente de líquido, la suma de la carga<br />
de altura, la carga de presión y la velocidad, permanece constante a lo<br />
largo de cualquier línea de flujo, suponiendo que no se hace ningún<br />
trabajo por o sobre el líquido en el trayecto de su flujo; disminuye en<br />
proporción a la pérdida de energía en el flujo.<br />
Boyle, Ley de: Ley de física: el volumen de un gas varía al variar la presión,<br />
si la temperatura permanece constante. Ejemplo: Si la presión absoluta<br />
ejercida sobre un gas se aumenta al doble, su volumen se reduce a la<br />
mitad. Si el volumen aumenta al doble, la presión del gas se reduce a la<br />
mitad.<br />
Bromuro de litio: Elemento químico, comúnmente utilizado como<br />
absorbente en un sistema de refrigeración por absorción. El agua puede<br />
ser el refrigerante.<br />
Bulbo húmedo, termómetro: Instrumento utilizado en la medición de<br />
la humedad relativa. La evaporación de la humedad disminuye la<br />
temperatura de bulbo húmedo, comparada con la temperatura de bulbo<br />
seco de la misma muestra de aire.<br />
Bulbo seco, termómetro: Instrumento con un elemento sensible para<br />
medir la temperatura ambiente del aire.<br />
Bulbo sensor: Parte de un dispositivo con un fluido sellado, que reacciona<br />
a los cambios de temperatura. Se usa para medir temperaturas o para<br />
controlar mecanismos.<br />
Bulbo sensor de temperatura: Bulbo que contiene un fluido volátil y<br />
fuelle o diafragma. El aumento de temperatura en el bulbo causa que<br />
el fuelle o diafragma se expanda.<br />
B.T.U. (British Thermal Unit): Cantidad de calor que se requiere para<br />
elevar un grado Fahrenheit, la temperatura de una libra de agua.<br />
Caída de presión: Diferencia de presión en dos extremos de un circuito<br />
o parte de un circuito. Cualquier pérdida de presión en la línea debida<br />
a la fricción del fluido, o a una restricción en la línea.<br />
124
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U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Calor: Forma de energía que actúa sobre las sustancias para elevar su<br />
temperatura; energía asociada con el movimiento al azar de las moléculas.<br />
Calor de compresión: Efecto de calefacción que se lleva a cabo cuando<br />
se comprime un gas. Energía mecánica de la presión, convertida a energía<br />
calorífica.<br />
Calor de fusión: Calor requerido por una sustancia para cambiar del<br />
estado sólido al estado líquido, a una temperatura constante.<br />
Calor de respiración: Proceso mediante el cual, el oxígeno y los<br />
carbohidratos son asimilados por una sustancia; también cuando el<br />
bióxido de carbono y agua son cedidos por una sustancia.<br />
Calor específico: Relación de la cantidad de calor requerida para aumentar<br />
o disminuir la temperatura de una sustancia en 1° C, comparado con la<br />
que se requiere para aumentar o disminuir la temperatura de una masa<br />
igual de agua en 1° C. Se expresa como una fracción decimal.<br />
Calor latente: Cantidad de energía calorífica requerida para efectuar un<br />
cambio de estado (fusión, evaporación, solidificación) de una sustancia,<br />
sin cambio en la temperatura o presión.<br />
Calor latente de condensación: Cantidad de calor liberada por un kg de<br />
una sustancia para cambiar su estado de vapor a líquido.<br />
Calor latente de evaporación: Cantidad de calor requerido por un kg de<br />
sustancia, para cambiar su estado de líquido a vapor.<br />
Calor sensible: Calor que causa un cambio de temperatura en una<br />
sustancia, sin que cambie de estado.<br />
Calor solar: Calor creado por ondas visibles e invisibles del sol.<br />
Calor total: Suma del calor sensible y del calor latente.<br />
Caloría: Unidad para medir el calor en el sistema métrico. Equivale a la<br />
cantidad de calor que se requiere, para elevar la temperatura de un<br />
gramo de agua en un grado centígrado. 1000 calorías = 1 kcal.<br />
Calorímetro: Dispositivo utilizado para medir cantidades de calor o para<br />
determinar calores específicos.<br />
Calor, intensidad del: Concentración de calor en una sustancia, indicada<br />
por la temperatura de la misma, mediante el uso de un termómetro.<br />
Cámara de refrigeración: Espacio refrigerado comercial, que se mantiene<br />
a temperaturas por debajo de la ambiental.<br />
Cambio de estado: Condición en la cual una sustancia cambia de sólido<br />
a líquido o de líquido a gas, debido a la aplicación de calor. O a la inversa,<br />
cuando una sustancia cambia de gas a líquido o de líquido a sólido,<br />
debido a la remoción de calor.<br />
125
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U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Cambio físico: Es aquél que ocurre externamente. No existe un cambio<br />
interno en la estructura de la materia, ya que no existe una reordenación<br />
de átomos; no se forman sustancias nuevas. Es un cambio de estado, por<br />
tanto es reversible.<br />
Campo magnético: Espacio en el que existen líneas o fuerzas magnéticas.<br />
Capacidad: Sistema de clasificación en refrigeración. Medido generalmente<br />
en kcal/h o en watios/h, (o en btu/h).<br />
Capacitancia (C): Propiedad de un no-conductor (condensador o<br />
capacitor) que permite almacenar energía eléctrica en un campo<br />
electrostático.<br />
Carga de refrigerante: Cantidad de refrigerante colocada en un sistema<br />
de refrigeración.<br />
Carga térmica: Cantidad de calor medida en watios, kcal o btu, la cual<br />
es removida durante un período de 24 horas.<br />
Carta psicrométrica: Carta (gráfica) que muestra las relaciones entre las<br />
propiedades del aire, tales como presión, temperatura, contenido de<br />
humedad, volumen específico, etc.<br />
Centígrada, escala: Escala de temperatura usada en el sistema métrico.<br />
El punto de congelación del agua es de 0º C, el punto de ebullición es<br />
de 100° C.<br />
Cero absoluto (temperatura): Temperatura a la cual cesa todo movimiento<br />
molecular. (-273º C y -460º F).<br />
Charles, Ley de: El volumen de una masa dada de gas, a presión constante,<br />
varía de acuerdo a su temperatura.<br />
Ciclo: Serie de eventos u operaciones, las cuales tienen una tendencia<br />
a repetirse en el mismo orden.<br />
Ciclo de paro: Segmento del ciclo de refrigeración cuando el sistema no<br />
está operando.<br />
Ciclo intermitente: Ciclo que se repite a intervalos variables de tiempo.<br />
Cilindro: 1.- Dispositivo que convierte fuerza de un fluido en fuerza y<br />
movimiento mecánico lineal. Éste consiste, usualmente, de elementos<br />
móviles tales como un pistón, biela y émbolo, operando dentro de un<br />
cilindro. 2.- Contenedor cerrado para fluidos.<br />
Coeficiente de expansión: Incremento en longitud, área o volumen de<br />
la unidad, por un grado de aumento en la temperatura.<br />
Compresión: Término utilizado para denotar el proceso de incrementar<br />
la presión, sobre un volumen dado de gas, usando energía mecánica. Al<br />
hacer esto, se reduce el volumen y se incrementa la presión del gas.<br />
126
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U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Compresor: Máquina en sistemas de refrigeración, hecha para succionar<br />
vapor del lado de baja presión en el ciclo de refrigeración, y comprimirlo<br />
y descargarlo hacia el lado de alta presión del ciclo.<br />
Condensación: Proceso de cambiar de estado un vapor o un gas a líquido,<br />
al enfriarse por debajo de su temperatura de saturación o punto de rocío.<br />
Condensado: Líquido que se forma cuando se condensa un vapor.<br />
Condensador: Componente del mecanismo de refrigeración, que recibe<br />
del compresor vapor caliente a alta presión, enfriándolo y regresándolo<br />
luego a su estado líquido. El enfriamiento puede ser con aire o con agua.<br />
Condensar: Acción de cambiar un gas o vapor a líquido.<br />
Condiciones normales: Condiciones que se usan como base para los<br />
cálculos en acondicionamiento de aire: temperatura de 20° C, presión<br />
de 101.325 kPa y humedad relativa de 30 %.<br />
Conducción: Flujo de calor entre sustancias, por medio de vibración de<br />
las moléculas.<br />
Conductividad: Habilidad de una sustancia para conducir o transmitir<br />
calor y/o electricidad.<br />
Conductividad, Coeficiente de: Medición de la proporción relativa, a la<br />
cual, diferentes materiales conducen el calor. El cobre es un buen<br />
conductor del calor, por lo tanto, tiene un coeficiente de conductividad<br />
alto.<br />
Conductor: Sustancia o cuerpo capaz de transmitir electricidad o calor.<br />
Congelación: Cambio de estado de líquido a sólido.<br />
Control: Dispositivo manual o automático, utilizado para detener, arrancar<br />
y/o regular el flujo de gas, líquido y/o electricidad.<br />
Convección: Transferencia de calor por medio del movimiento o flujo<br />
de un fluido.<br />
Convección forzada: Transferencia de calor que resulta del movimiento<br />
forzado de un líquido o un gas, por medio de una bomba o un ventilador.<br />
Convección natural: Circulación de un gas o un líquido, debido a la<br />
diferencia en densidad resultante de la diferencia de temperaturas.<br />
Conversión, Factores de: La fuerza y la potencia pueden ser expresadas<br />
en más de una manera. Un hp es equivalente a 746 watios, 33,000 pielb<br />
de trabajo ó 2,546 btu/h. Estos valores pueden utilizarse para cambiar<br />
de unas unidades a otras.<br />
Criogenia: Refrigeración que trata con la producción de temperaturas<br />
de -155º C y más bajas.<br />
127
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U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Densidad: Estrechez de la textura o consistencia de partículas, dentro<br />
de una sustancia. Se expresa como peso por unidad de volumen.<br />
Desaereación: Acto de separar el aire de las sustancias.<br />
Desecante: Sustancia utilizada para colectar y retener humedad, en un<br />
sistema de refrigeración. Los desecantes comunes son la sílica gel, la<br />
alúmina activada y el tamiz molecular.<br />
Deshidratador: Sustancia o dispositivo que se utiliza, para remover la<br />
humedad, en un sistema de refrigeración.<br />
Deshielo: Proceso de remover la acumulación de hielo o escarcha de los<br />
evaporadores.<br />
Deshielo automático: Sistema de remover hielo o escarcha de los<br />
evaporadores, de manera automática.<br />
Deshielo con aire: Proceso de remover el hielo o la escarcha acumulada<br />
en el serpentín del evaporador, utilizando los abanicos del mismo<br />
evaporador, deteniendo previamente el paso de refrigerante líquido. El<br />
aire circulado, debe tener una temperatura por encima de la de<br />
congelación.<br />
Deshielo con agua: Uso de agua para derretir el hielo y la escarcha de<br />
los evaporadores, durante el ciclo de paro.<br />
Deshielo por gas caliente: Sistema de deshielo en el cual el gas refrigerante<br />
caliente del lado de alta es dirigido a través del evaporador por cortos<br />
períodos de tiempo, y a intervalos predeterminados, para poder remover<br />
la escarcha del evaporador.<br />
Deshielo, Ciclo de: Ciclo de refrigeración en el cual, la acumulación de<br />
hielo y escarcha es derretida en el evaporador.<br />
Deshielo, Reloj de (Timer): Dispositivo conectado a un circuito eléctrico,<br />
el cual detiene la unidad el tiempo suficiente, para permitir que se derrita<br />
la acumulación de hielo y escarcha sobre el evaporador.<br />
Deshumidificador: Dispositivo usado para remover la humedad del aire.<br />
Desplazamiento del compresor: Volumen en m3 , representado por el<br />
área de la cabeza del pistón o pistones, multiplicada por la longitud de<br />
la carrera. Este es el desplazamiento real, no el teórico.<br />
Destilación, aparato de: Dispositivo de recuperación de fluidos, que se<br />
usa para recuperar refrigerantes. La recuperación se hace normalmente<br />
evaporando, y luego re-condensando el refrigerante.<br />
Desvío (By pass): Pasadizo en un lado o alrededor de un pasaje regular.<br />
Desvío (By Pass) de gas caliente: Arreglo de tubería en la unidad de<br />
refrigeración, la cual conduce gas refrigerante caliente del condensador<br />
al lado de baja presión.<br />
128
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Diagrama de Molliere: Gráfica de las propiedades de un refrigerante,<br />
tales como: presión, temperatura, calor, etc.<br />
Diclorodifluorometano: Refrigerante comúnmente conocido como R-<br />
12.<br />
Diferencial: La diferencia de temperatura o presión, entre las temperaturas<br />
o presiones de arranque y paro, de un control SA.<br />
Difusor de aire: Rejilla o salida de distribución de aire, diseñada para<br />
dirigir el flujo de aire hacia los objetivos deseados.<br />
Dinamómetro: Dispositivo para medir la salida o entrada de fuerza de<br />
un mecanismo.<br />
Endotérmica, reacción: Reacción química en la cual se absorbe calor.<br />
Energía: Habilidad real o potencial de efectuar trabajo.<br />
Energía cinética: Energía asociada al movimiento.<br />
Energía electromagnética: Energía que tiene características eléctricas y<br />
magnéticas. La energía solar es electromagnética.<br />
Energía, Conservación de la: Proceso de instituir cambios que resultarán<br />
en ahorros de energía, sobre la revisión de los cálculos para determinar<br />
las cargas principales.<br />
Enfriador: Intercambiador de calor que remueve calor de las sustancias.<br />
Enfriador de aire: Mecanismo diseñado para bajar la temperatura del<br />
aire que pasa a través de él.<br />
Entalpía: La cantidad de calor en un kilogramo de sustancia, calculada<br />
de una base de temperatura aceptada. La temperatura de 0º C, es una<br />
base aceptada para los cálculos del vapor de agua. Para cálculos de<br />
refrigeración, la base aceptada es de -40º C.<br />
Entropía: Medida de la cantidad de energía que no puede convertirse<br />
en trabajo.<br />
Equilibrio térmico: Cuando la transferencia de energía entre un sistema<br />
y otro o su entorno oscila entre un máximo y un mínimo. El valor de la<br />
variación en la entropía de un sistema aislado en equilibrio térmico<br />
siempre será positivo.<br />
Escala centígrada: Escala de temperaturas usada en el sistema métrico.<br />
El punto de congelación de agua, a la presión atmosférica normal, es de<br />
0º C, y el punto de ebullición es de 100º C.<br />
Escala Fahrenheit: En un termómetro Fahrenheit, bajo la presión<br />
atmosférica normal, el punto de ebullición del agua es de 212º F, y el<br />
punto de congelación es de 32º F arriba de cero.<br />
129
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Escala Kelvin (K): Escala de temperatura, en la cual, la unidad de medición<br />
es igual al grado centígrado, y de acuerdo a la cual, el cero absoluto es<br />
0º K, equivalentes a -273.16º C. En esta escala el agua se congela a 273.16º<br />
K y bulle a 373.16º K.<br />
Escala Rankine (R): Nombre dado a la escala de temperaturas absolutas,<br />
cuyas unidades son similares a los grados Fahrenheit. El cero (0º R) en<br />
esta escala equivale a -460º F.<br />
Estado gaseoso: Estado de la materia que no posee volumen ni forma<br />
fija.<br />
Estado líquido: Estado de la materia que posee volumen fijo, pero no<br />
forma fija.<br />
Estado sólido: Estado de la materia que posee volumen y forma fijos.<br />
Estratificación del aire: Condición en la que hay poco, o ningún<br />
movimiento de aire, en un cuarto. El aire permanece en capas de<br />
temperaturas.<br />
Eutéctico: Cierta mezcla de dos sustancias, que proporciona la temperatura<br />
de fusión más baja de todas las mezclas, de esas dos sustancias.<br />
Eutéctico, Punto: Temperatura de congelación para soluciones eutécticas.<br />
Evacuación: Renovación de aire (gas) y humedad, de un sistema de<br />
refrigeración o aire acondicionado, mediante una bomba de vacío.<br />
Evaporación: Término aplicado al cambio de estado de líquido a vapor.<br />
En este proceso se absorbe calor.<br />
Evaporador: Componente del mecanismo de un sistema de refrigeración,<br />
en el cual, el refrigerante se evapora y absorbe calor.<br />
Exotérmica, reacción: Reacción química en la que se libera calor.<br />
Expansión: Aumento del volumen de un cuerpo por efecto del incremento<br />
de la temperatura o la disminución de presión.<br />
Factor de potencia: Coeficiente de corrección para los valores de la<br />
corriente o voltaje cambiante de la fuerza de CA.<br />
Fase: Distinta función operacional durante un ciclo.<br />
Fluido: Sustancia que puede estar en estado líquido o gaseoso. Sustancia<br />
que contiene partículas, las cuales mueven y cambian de posición sin<br />
separación de la masa.<br />
Fluido criogénico: Sustancia que existe como líquido o como gas, a<br />
temperaturas ultra bajas (-157º C o menores).<br />
Frío: La ausencia de calor. Temperatura considerablemente abajo de la<br />
normal.<br />
130
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Fuerza: La fuerza es una presión acumulada, se expresa en Newtons (N)<br />
en el Sistema Internacional, o en libras (Lb), en el Sistema Inglés.<br />
Fundente: Sustancia aplicada a las superficies que van a ser unidas por<br />
soldadura, para evitar que se formen óxidos y para producir la unión.<br />
Fusión: Paso de sólido a líquido al aumentar la temperatura.<br />
Gas: Fase o estado de vapor de una sustancia. Un gas es un vapor<br />
sobrecalentado, muy lejos de su temperatura de saturación.<br />
Gas inerte: Gas que no cambia de estado ni químicamente, cuando está<br />
dentro de un sistema, aunque se exponga a otros gases.<br />
Gas instantáneo (Flash Gas): Evaporación instantánea de refrigerante<br />
líquido en el evaporador, lo que enfría el refrigerante líquido remanente,<br />
a la temperatura de evaporación deseada.<br />
Gas licuado: Gas por debajo de cierta temperatura y por encima de cierta<br />
presión, que se vuelve líquido.<br />
Gas no condensable: Gas que no se convierte en líquido a las temperaturas<br />
y presiones de operación.<br />
Halógenos: Grupo de elementos a los que pertenecen el yodo, el bromo,<br />
el cloro y el flúor.<br />
Hertz (Hz): Unidad para medir la frecuencia. Término correcto para<br />
referirse a los ciclos por segundo.<br />
Hg (Mercurio): Elemento metálico pesado color plata. Es el único metal<br />
líquido a temperaturas ambiente ordinarias.<br />
Hidráulica: Rama de la física que tiene que ver con las propiedades<br />
mecánicas del agua y otros líquidos en movimiento. El flujo del refrigerante<br />
líquido. También contiene un elemento sensible a la humedad, cuyo<br />
color indica el contenido de humedad.<br />
Infiltración: Paso del aire exterior hacia el edificio, a través de ventanas,<br />
puertas, grietas, etc.<br />
Instrumento: Dispositivo que tiene habilidades para registrar, indicar,<br />
medir y/o controlar.<br />
Intensidad del calor: Concentración de calor en una sustancia, como se<br />
indica por la temperatura de esa sustancia, mediante el uso de un<br />
termómetro.<br />
Intercambiador de calor: Dispositivo utilizado para transferir calor de<br />
una superficie caliente a una superficie menos caliente (los evaporadores<br />
y condensadores son intercambiadores de calor).<br />
Interenfriamiento: Enfriamiento de vapor y líquido en un sistema de<br />
refrigeración de doble etapa. El vapor de la descarga de la primera etapa<br />
131
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
es enfriado hasta casi su temperatura de saturación, antes de entrar a la<br />
siguiente etapa de compresión. También, el líquido del recibidor de la<br />
segunda etapa puede ser enfriado a la temperatura de succión intermedia.<br />
Hidrocarburos: Compuestos orgánicos que contienen solamente<br />
hidrógeno y carbono, en varias combinaciones.<br />
Hidrómetro: Instrumento flotante utilizado para medir la gravedad<br />
específica de un líquido.<br />
Hielo seco: Sustancia refrigerante hecha de dióxido de carbono sólido,<br />
el cual cambia de sólido a gas (se sublima). Su temperatura de sublimación<br />
es de -78º C.<br />
Higrómetro: Instrumento utilizado para medir el grado de humedad en<br />
la atmósfera.<br />
Higroscópico: Habilidad de una sustancia para absorber y soltar humedad,<br />
y cambiar sus dimensiones físicas, conforme cambia su contenido de<br />
humedad.<br />
HP (Horsepower): Unidad de potencia que equivale a 33,000 pie-lb de<br />
trabajo por minuto. Un HP eléctrico es igual a 745.7 watios.<br />
Humedad: Vapor de agua presente en el aire atmosférico.<br />
Humedad absoluta: Cantidad de humedad (vapor de agua) en el aire,<br />
indicada en g/m3 de aire seco.<br />
Humedad relativa (hr): La cantidad de humedad en una muestra de aire,<br />
en comparación con la cantidad de humedad que el aire tendría, estando<br />
totalmente saturado y a la misma temperatura.<br />
Humidificador: Dispositivo utilizado para agregar y controlar humedad.<br />
Humidistato: Control eléctrico operado por cambios de humedad.<br />
Isoterma: Nombre con el que se conoce a la línea o líneas que en una<br />
gráfica representan un cambio a temperatura constante.<br />
Isotérmica (expansión o contracción): Acción que se lleva a cabo sin un<br />
cambio de temperatura.<br />
Isotérmico: Cambio de volumen o presión bajo condiciones de<br />
temperatura constante.<br />
Joule (J): Unidad de energía del Sistema Internacional (SI). Un Joule<br />
equivale al trabajo realizado por la fuerza de un Newton, cuando el punto<br />
de aplicación se desplaza una distancia de un metro, en dirección de la<br />
fuerza.<br />
Joule-Thomson, Efecto: Cambio en la temperatura de un gas, al expandirse<br />
a través de un tapón poroso, desde una presión alta a una presión más<br />
baja.<br />
132
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Kelvin: (Ver Escala Kelvin).<br />
Kilo Volt Ampere (KVA): Unidad de flujo eléctrico igual al voltaje,<br />
multiplicado por el amperaje, y dividido entre mil. Unidad de fuerza que<br />
se usa cuando el circuito de fuerza, tiene un factor de potencia diferente<br />
a 1.0. (KW = KVA x cos 0). «Nota 1».<br />
Kilocaloría: Unidad de energía y trabajo, equivalente a mil calorías. Ver<br />
caloría.<br />
Kilopascal (kPa): Unidad de presión absoluta equivalente a mil Pascales.<br />
Ver Pascal.<br />
Kilowatio (kW): Unidad de potencia equivalente a mil Watios. Ver Watio.<br />
Ley de Dalton: "La presión de vapor creada en un recipiente, por una mezcla<br />
de gases, es igual a la suma de las presiones de vapor individuales de los gases,<br />
contenidos en la mezcla".<br />
Licor: En refrigeración, se llama así a la solución utilizada en los sistemas<br />
de refrigeración por absorción.<br />
Limpiador de aire: Dispositivo utilizado para remover impurezas<br />
producidas en el aire.<br />
Línea de descarga: En un sistema de refrigeración, es la tubería que<br />
acarrea el gas refrigerante, desde el compresor hasta el condensador.<br />
Línea de líquido: Tubería que acarrea refrigerante líquido, desde el<br />
condensador o recibidor hasta el mecanismo de control de refrigerante.<br />
Línea de succión: Tubería que acarrea refrigerante gaseoso, desde el<br />
evaporador hasta el compresor.<br />
Línea de tierra: Alambre eléctrico que conduce electricidad de manera<br />
segura, desde una estructura hacia el suelo.<br />
Líquido: Sustancia cuyas moléculas se mueven libremente entre sí, pero<br />
que no tienden a separarse como las de un gas.<br />
Líquidos inflamables: Líquidos que tienen un punto de encendido abajo<br />
de 60º C (140º F), y una presión de vapor que no excede los 276 kPa (40<br />
psia) a 38º C (100º F).<br />
Lubricación forzada: Sistema de lubricación que utiliza una bomba, para<br />
forzar al aceite hacia las partes móviles.<br />
Lubricación por salpicadura: Método de lubricar las partes móviles,<br />
agitando o salpicando el aceite dentro del cárter.<br />
Manómetro: Instrumento para medir presiones de gases y vapores. Es<br />
un tubo de vidrio (o plástico) en forma de "U", con una cantidad de<br />
líquido (agua o mercurio) y los extremos abiertos.<br />
133
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Manómetro compuesto: Instrumento para medir presiones por arriba y<br />
abajo de la presión atmosférica.<br />
Manómetro de alta presión: Instrumento para medir presiones en el<br />
rango de 0 a 500 psig (101.3 a 3,600 kPa).<br />
Manómetro de baja presión: Instrumento para medir presiones en el<br />
rango de 0 a 50 psia (0 a 350 kPa).<br />
Manómetro de Bourdon: Instrumento para medir presión de gases y<br />
vapores, el cual se basa en el tubo de Bourdon. Son circulares y consisten<br />
de carátula y aguja para indicar la presión.<br />
Manómetro de compresión: Instrumento usado para medir presiones<br />
positivas (arriba de la presión atmosférica) solamente. La carátula de<br />
estos manó-metros, normalmente va de 0 a 300 psig (101.3 a 2,170 kPa).<br />
Masa: Cantidad de materia mantenida junta, de tal manera que forma<br />
un cuerpo.<br />
Masa molar: Masa (por lo general en gramos) de un mol de sustancia.<br />
Materia: Todo aquello que tiene masa y volumen.<br />
MBH: Miles de BTU (14 MBH = 14,000 BTU).<br />
Medidor de flujo: Instrumento utilizado para medir la velocidad o el<br />
volumen de un fluido en movimiento.<br />
Megohmio: Unidad para medir la resistencia eléctrica. Un meghomio es<br />
igual a un millón de ohms.<br />
Mercoid, bulbo: Interruptor de circuito eléctrico, que utiliza una pequeña<br />
cantidad de mercurio en un tubo de vidrio sellado, para hacer o romper<br />
contacto eléctrico con las terminales dentro del tubo.<br />
Micro: La millonésima parte de una unidad especificada.<br />
Microfaradio (mfd): Unidad de la capacidad eléctrica de un capacitor.<br />
Un microfaradio es igual a la millonésima parte de un faradio.<br />
Micrómetro: Instrumento de medición, utilizado para hacer mediciones<br />
precisas hasta de 0.01 mm.<br />
Micrón: Unidad de longitud en el sistema métrico, que equivale a la<br />
milésima parte (1/1000) de un milímetro.<br />
Microprocesador: Componente eléctrico compuesto de circuitos<br />
integrados, los cuales pueden aceptar y almacenar información, y controlar<br />
un dispositivo de capacidad.<br />
Mili: Prefijo utilizado para denotar una milésima parte (1/1,000); por<br />
ejemplo, milivoltio significa la milésima parte de un voltio.<br />
Mirilla: Tubo o ventana de vidrio en el sistema de refrigeración, que sirve<br />
134
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
para mostrar la cantidad de refrigerante o aceite, e indica la presencia<br />
de burbujas de gas en la línea de líquido.<br />
Mol: Unidad utilizada en química, que corresponde a la cantidad de:<br />
átomos, iones, moléculas, electrones, protones u otras entidades específicas<br />
cuyo valor es 6 *10 23 unidades.<br />
Molécula: La parte más pequeña de un átomo o un compuesto, que<br />
retiene la identidad química de esa sustancia.<br />
Monóxido de Carbono (CO): Gas incoloro, inodoro y venenoso. Se<br />
produce cuando se quema carbón o combustibles carbonosos con muy<br />
poco aire.<br />
Motor: Máquina rotatoria que transforma energía eléctrica en movimiento<br />
mecánico.<br />
Neopreno: Hule sintético, resistente al aceite y gas hidrocarburo.<br />
Neutralizador: Sustancia utilizada para contrarrestar ácidos, en un sistema<br />
de refrigeración.<br />
Neutrón: La parte del núcleo de un átomo, el cual no tiene potencial<br />
eléctrico; eléctricamente es neutro.<br />
Newton: Unidad de fuerza del Sistema Internacional (SI), equivalente<br />
a la fuerza ejercida sobre un objeto que tiene una masa de un kilogramo,<br />
y una aceleración gravitacional de 1 m/seg2 .<br />
Nitrógeno líquido: Nitrógeno en forma líquida, utilizado como refrigerante<br />
de baja temperatura, en sistemas de refrigeración sacrificables o químicos.<br />
Número de Reynolds: Relación numérica de las fuerzas dinámicas del<br />
flujo de masa, con el esfuerzo puro debido a la viscosidad.<br />
Ohm (R): Unidad de medición de la resistencia eléctrica. Un ohm existe,<br />
cuando un voltio causa un flujo de un ampere.<br />
Óhmetro: Instrumento para medir la resistencia eléctrica en ohms.<br />
Ohm, Ley de: Relación matemática entre el voltaje, la corriente y la<br />
resistencia en un circuito eléctrico, descubierta por George Simon Ohm.<br />
Esta se establece como sigue: el voltaje (V), es igual a la corriente en<br />
amperes (I), multiplicada por la resistencia (R) en ohms; V = I x R.<br />
Orgánico: Perteneciente a o derivado de organismos vivos.<br />
Orificio: Abertura de tamaño exacto para controlar el flujo de fluidos.<br />
Ozono: Una forma de oxígeno, O 3 , que tiene tres átomos en su molécula,<br />
generalmente es producido por descargas eléctricas a través del aire. La<br />
capa de ozono es la capa externa de la atmósfera de la tierra, que absorbe<br />
la luz ultravioleta del sol, y protege a las capas más bajas y a la tierra de<br />
los dañinos rayos. En esta capa de ozono se han producido agujeros<br />
causados por el cloro. Los clorofluorocarbonos (CFC's) contienen cloro,<br />
y cuando se liberan a la atmósfera, deterioran la capa de ozono.<br />
135
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Pascal (Pa): Unidad de presión absoluta en el sistema internacional (SI);<br />
es igual a la fuerza de un Newton ejercida sobre una superficie de un<br />
m2 ; Pa = N/m2 . Para algunos fines científicos o prácticos, el Pascal puede<br />
resultar una unidad muy pequeña, por lo que entonces se utiliza el<br />
kiloPascal (kPa) o el BAR. 1 kPa = 1,000 Pa y 1 BAR = 100 kPa.<br />
Pascal, Ley de: Esta ley establece que la presión aplicada a un fluido, se<br />
transmite igualmente en todas direcciones. Para honrar a Pascal, el<br />
sistema internacional de unidades (SI), utiliza el término Pascal como<br />
unidad de presión.<br />
pH: Medición de la concentración de iones de hidrógeno libres en una<br />
solución acuosa. El rango del pH va de 1 (acidez) hasta 14 (alcalinidad).<br />
Un pH de 7 es neutro.<br />
Piezoeléctrico: Propiedad del cristal de cuarzo que le causa vibración<br />
cuando se le aplica un voltaje de alta frecuencia (500 kHz o más alto).<br />
Este concepto se utiliza para atomizar agua en un humidificador.<br />
Pirómetro: Instrumento utilizado para medir altas temperaturas.<br />
Presión: Energía impactada sobre una unidad de área. Fuerza o empuje<br />
sobre una superficie.<br />
Presión absoluta: Es la suma de la presión manométrica más la presión<br />
atmosférica.<br />
Presión atmosférica: Presión que ejerce el aire atmosférico sobre la tierra.<br />
Se mide en kPa, mm de Hg, kg/cm2 , lb/pulg2 , etc. Al nivel del mar, tiene<br />
un valor de 101.325 kPa (14.696 lb/pulg2 ).<br />
Presión crítica: Condición comprimida del refrigerante, en la cual el<br />
líquido y el gas tienen las mismas propiedades.<br />
Presión de alta: Término empleado para referirse a la presión a la que<br />
se lleva a cabo la condensación, en un sistema de refrigeración.<br />
Presión de baja: Presión del lado de baja del ciclo de refrigeración, a la<br />
que se lleva a cabo la evaporación.<br />
Presión de condensación: Presión dentro de un condensador, a la que<br />
el vapor de refrigerante cede su calor latente de evaporación y se vuelve<br />
líquido. Varía con la temperatura.<br />
Presión de diseño: La más alta o más severa presión esperada, durante<br />
la operación. Algunas veces se usa como la presión de operación calculada,<br />
más una tolerancia por seguridad.<br />
Presión de operación: Presión real a la cual trabaja el sistema, bajo<br />
condiciones normales. Puede ser positiva o negativa (vacío).<br />
Presión de succión: En un sistema de refrigeración, se llama así a la<br />
presión a la entrada del compresor.<br />
136
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Presión de vapor: Presión ejercida por un vapor o un gas.<br />
Presión estática: Presión de un fluido, expresada en términos de la altura<br />
de columna de un fluido, tal como el agua o el mercurio.<br />
Presión piezométrica: En un sistema de refrigeración, se llama así a la<br />
presión contra la que descarga el compresor. Comúnmente, es la presión<br />
que existe en el lado del condensador y se mide en la descarga del<br />
compresor.<br />
Presiones parciales: Condición donde dos o más gases ocupan un espacio,<br />
cada uno ejerciendo parte de la presión total.<br />
Primera Ley de la Termodinámica: La energía no se crea ni se destruye,<br />
sólo se transforma (ley de la conservación de la energía).<br />
Proceso: Cambio de estado termodinámico de un sistema.<br />
Proceso irreversible: Proceso que no puede revertirse desde su estado<br />
final hasta su estado inicial. Todos los procesos conocidos en nuestro<br />
universo son irreversibles. Todos los procesos están ligados a la entropía,<br />
de tal modo que si alguien afirmara que un proceso es reversible, él<br />
estaría sugiriendo que dicho proceso viola la segunda ley de la<br />
termodinámica.<br />
Proceso reversible: Proceso cuya trayectoria entre los estados inicial y<br />
final se puede conocer (de trayectoria conocida) y revertirse hasta su<br />
estado inicial. No existen procesos reversibles en el universo real.<br />
PSI: Iniciales de "pounds per square inch", se usan para expresar presiones<br />
en el sistema inglés.<br />
PSIA: Iniciales de "pounds per square inch absolute", se usan para<br />
expresar presiones absolutas en el sistema inglés.<br />
Psicrométrica, medición: Medición de las propiedades del aire: como<br />
temperatura, presión, humedad, etc., utilizando una carta psicrométrica.<br />
Psicrómetro: Instrumento para medir la humedad relativa del aire.<br />
PSIG: Iniciales de "pounds per square inch gauge", se usan para expresar<br />
presiones manométricas en el sistema inglés.<br />
Punto de congelación: Temperatura a la cual se solidifica un líquido al<br />
removerle calor. La temperatura (o punto) de congelación del agua es<br />
de 0º C (32º F), a la presión normal o atmosférica.<br />
Punto de congelación, depresión del: Temperatura a la cual se forma<br />
hielo, en una solución de agua con sal.<br />
Punto de ebullición: Temperatura a la que un líquido hierve, bajo la<br />
presión atmosférica de 101.3 kPa. El punto de ebullición del agua pura<br />
es de 100º C a nivel del mar.<br />
137
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Punto de fusión: Temperatura a la cual se derrite o se funde una sustancia<br />
a la presión atmosférica.<br />
Punto de ignición: En los líquidos, es la temperatura a la cual arden, y<br />
continúan quemándose, por lo menos durante 5 segundos.<br />
Punto de inflamación: En los líquidos, es la temperatura más baja, en la<br />
cual el vapor que existe sobre la superficie se inflama cuando se expone<br />
a una llama, pero que se apaga inmediatamente.<br />
Punto triple: Condición de presión-temperatura, en la cual una sustancia<br />
está en equilibrio (balance) en los estados sólido, líquido y vapor.<br />
Quemadura por congelación: Condición aplicada a los alimentos que no<br />
han sido debidamente envueltos, y que se han vuelto duros, secos y<br />
descoloridos.<br />
Radiación: Transmisión de calor por rayos térmicos u ondas<br />
electromagnéticas.<br />
Rango: Ajuste de presión o temperatura de un control; cambio dentro<br />
de los límites.<br />
Rankine: Ver escala Rankine.<br />
Reacción endotérmica: Reacción que absorbe energía del medio ambiente.<br />
Reacción exotérmica: Reacción que libera energía al medio ambiente.<br />
Recocido: Proceso de tratar un metal térmicamente, para obtener<br />
propiedades deseadas de suavidad y ductilidad.<br />
Refrigerante: Sustancia utilizada en los mecanismos de refrigeración.<br />
Absorbe calor en el evaporador, cambiando de estado de líquido a vapor,<br />
liberando su calor en un condensador, al regresar de nuevo del estado<br />
gaseoso al estado líquido.<br />
Relación de compresión: Relación de volumen del espacio muerto con<br />
el volumen total del cilindro. En refrigeración, también se utiliza como<br />
la relación de la presión absoluta del lado de alta, entre la presión absoluta<br />
del lado de baja.<br />
Rendimiento termodinámico: Medida de la capacidad de una máquina<br />
térmica para transferir por medio de trabajo (W) parte de la energía<br />
absorbida (Qc) desde la fuente caliente, de acuerdo con las limitaciones<br />
resultantes de la Segunda Ley de la Termodinámica. La definición<br />
operacional de Rendimiento Termodinámico es la siguiente<br />
Como la Primera Ley de la Termodinámica establece que W=Qc-<br />
Qf,entonces, alternativamente se puede expresar<br />
138
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
donde Qf es la energía transferida por medio de calor hacia la fuente<br />
fría (descarga de calor residual). Como necesariamente se debe cumplir<br />
que Qf>0, entonces para toda máquina térmica h
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
refrigerante que se está evaporando en el evaporador.<br />
Solidificación: Paso de líquido a sólido.<br />
Solución: Líquido mezclado con otro líquido o sólido completamente<br />
disuelto. Una solución acuosa de bromuro de litio (comúnmente usada<br />
en sistemas de absorción), es agua con una cantidad de bromuro de litio<br />
disuelta. Las soluciones "fuertes" o "débiles", son aquellas con<br />
concentraciones altas o bajas, respectivamente, de otro líquido o sólido.<br />
Subenfriamiento: Enfriamiento de refrigerante líquido, abajo de su<br />
temperatura de condensación.<br />
Sublimación: Condición donde una sustancia cambia de sólido a gas, sin<br />
volverse líquido.<br />
Sustancia: Cualquier forma de materia o material.<br />
Sustancia pura: Aquélla que no puede descomponerse en otra más simple<br />
mediante cambios físicos. Posee propiedades características que permiten<br />
identificarla como por ejemplo densidad, temperatura de ebullición,<br />
temperatura de fusión, etc.<br />
Temperatura: 1- Intensidad de calor o frío, tal como se mide con un<br />
termómetro. 2- Medición de la velocidad del movimiento de las moléculas.<br />
Temperatura: Temperatura medida desde el cero absoluto.<br />
Temperatura ambiente: Temperatura de un fluido (generalmente el<br />
aire), que rodea un objeto por todos lados.<br />
Temperatura crítica: Temperatura a la cual el vapor y el líquido tienen<br />
las mismas propiedades.<br />
Temperatura de bulbo húmedo: Medición del grado de humedad. Es la<br />
temperatura de evaporación de una muestra de aire.<br />
Temperatura de bulbo seco: Temperatura del aire, medida con un<br />
termómetro ordinario.<br />
Temperatura de condensación: Temperatura dentro de un condensador,<br />
en el que el vapor de refrigerante cede su calor latente de evaporación<br />
y se vuelve líquido. Varía con la presión.<br />
Temperatura de ebullición: Temperatura a la cual un líquido cambia a<br />
gas.<br />
Temperatura efectiva: Efecto global de la temperatura sobre un humano,<br />
humedad y movimiento del aire.<br />
Termodinámica: Rama de las ciencias; trata con las relaciones entre el<br />
calor y la acción mecánica.<br />
Termómetro: Instrumento para medir temperaturas.<br />
140
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
Termostato: Dispositivo que detecta las condiciones de la temperatura<br />
ambiente, y a su vez, acciona para controlar un circuito.<br />
Trabajo: Forma de transferencia de energía entre un sistema y su medio<br />
exterior, que se manifiesta por la actuación de fuerzas capaces de provocar<br />
distintos efectos, tales como desplazamientos, deformaciones y otros.<br />
Transmisión: Pérdida o ganancia de calor desde un edificio, a través de<br />
componentes exteriores como ventanas, paredes, pisos, etc.<br />
Transmisión de calor: Movimiento de calor desde un cuerpo o sustancia<br />
a otro. El calor puede transmitirse por radiación, conducción, convección<br />
o combinación de las tres anteriores.<br />
Unión: Punto de conexión (como entre dos tubos).<br />
Unión caliente: La parte de un circuito termoeléctrico que libera calor.<br />
Vacío: Presión menor que la atmosférica.<br />
Vapor: Estado o fase de una sustancia que está en su temperatura de<br />
saturación, o muy cercano a ella.<br />
Vapor saturado: Vapor que se encuentra a las mismas condiciones de<br />
temperatura y presión que el líquido del cual se está evaporando. Es<br />
decir, si este vapor se enfría, se condensa.<br />
Vaporización: Cambio del estado líquido al gaseoso.<br />
Ventilación: Flujo de aire forzado, por diseño, entre un área y otra.<br />
Volumen específico: Volumen por unidad de masa de una sustancia<br />
(m3 /kg).<br />
Watio: Unidad de potencia, equivale a la potencia producida al realizar<br />
un trabajo de 1 Joule por segundo (1 Watio = 1 J/s).<br />
Zona de confort: Área sobre una carta psicrométrica, que muestra las<br />
condiciones de temperatura, humedad, y algunas veces, el movimiento<br />
del aire, en que la mayoría de la gente se siente confortable.<br />
141
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
1. ¿Para qué sirve la termodinámica?<br />
2. Definición de energía.<br />
3. ¿Qué es el calor y qué relación tiene con la energía?<br />
4. Definición de frío. Comentar la relación que guarda con el calor.<br />
5. Nombra las formas de transmisión de calor que existen e indica a<br />
que forma corresponden los siguientes ejemplos:<br />
- Radiadores<br />
- Paso del calor a través de las paredes de casa.<br />
- Sol<br />
- Calentamiento del mango de una cazuela que está al fuego<br />
6. Definición de Temperatura.<br />
7. Nombra tres escalas termométricas, cómo se denominan sus unidades<br />
y cómo se denota.<br />
8. Cual será la longitud final de una varilla de aluminio de 200 metros<br />
si su temperatura inicial era de 5 ºC y se calienta hasta que alcanza<br />
los 55ºC.<br />
9. Realiza la conversión de las siguientes cantidades de calor de unas<br />
unidades a otras según se indica:<br />
1200 kcal = cal<br />
4500 kJ = kcal<br />
3274 kcal = Btu<br />
128 kJ = J<br />
17 Kcal = kJ<br />
10 kJ = Btu<br />
78 J = kJ<br />
21 Btu = kcal<br />
114 cal = kcal<br />
357 Btu = Kj<br />
10. Determina el nombre de una sustancia sabiendo que son necesarios<br />
408.7 calorías para elevar en 7ºC la temperatura de 30kg de dicha<br />
sustancia.<br />
11. Definición de calor latente.<br />
143
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
12. Definición de calor sensible.<br />
13. Nombra los estados en los que nos podemos encontrar la materia en<br />
la naturaleza, y la denominación de los procesos de cambio de fase<br />
que puede sufrir una sustancia.<br />
14. ¿Que es el punto crítico de una sustancia?<br />
15. Enumera las tres leyes que sirven de base para el estudio de los gases<br />
y las variables que se tienen en cuenta en estas leyes.<br />
16. ¿Qué es un gas ideal?<br />
17. ¿Qué es el factor de compresibilidad y para qué es útil?<br />
18. Da una definición de trabajo y di qué relación guarda este concepto<br />
con la energía.<br />
19. Enumera los tipos de transformaciones del calor que conozcas y<br />
expón en qué consisten.<br />
20. ¿Qué potencia tiene una máquina que es capaz de realizar un trabajo<br />
de 800 J cada 2 minutos? ¿Cuánto tiempo tarda en realizar un trabajo<br />
de 80 kJ una máquina de 7kW de potencia?<br />
21. Indica el rendimiento teórico que obtendríamos de una máquina<br />
que realiza un ciclo de trabajo en 2 minutos entre 15 y 10 ºC.<br />
22. ¿Cuál es el método más utilizado para refrigerar un espacio? Nombra<br />
las partes que componen el proceso.<br />
23. Nombra los diagramas que conozcas para el estudio de instalaciones<br />
frigoríficas.<br />
24. Enumera las acciones más importantes a realizar a la hora de<br />
acondicionar aire de climatización.<br />
25. ¿Qué estudia la psicrometría?<br />
26. Nombra características del aire seco.<br />
27. ¿A qué hace referencia la expresión humedad en el ambiente?<br />
28. Lista los parámetros a tener en cuenta en el tratamiento del aire para<br />
climatización o acondicionamiento de espacio.<br />
29. ¿En qué método de medición de la humedad se enfría una superficie<br />
metálica hasta que aparezcan condensaciones sobre ella?<br />
30. ¿Qué aparato de medida está formado por un conjunto de dos<br />
termómetros, uno seco y otro húmedo?<br />
31. A una muestra de aire se le midió la humedad relativa, utilizando un<br />
higrómetro y ésta es de 60%. Si la temperatura de bulbo seco es de<br />
27º C, ¿cuál será el punto de rocío?<br />
144
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
32. ¿Qué propiedades del aire podemos encontrar en una carta<br />
psicrométrica?<br />
33. Enumera los componentes del diagrama psicrométrico.<br />
34. Di a qué operación de tratamiento de aire corresponde cada uno de<br />
las acciones siguientes:<br />
- Un cambio en calor que provocará una bajada en la temperatura<br />
del aire.<br />
- Añadir vapor de agua en el aire para compensar una disminución<br />
de la humedad relativa debido al calentamiento del aire.<br />
- Eliminación simultánea del calor y la humedad.<br />
35. Supongamos que en un psicrómetro se toman lecturas de las<br />
temperaturas de bulbo seco y bulbo húmedo, siendo éstas de 24ºC<br />
y de 17ºC, respectivamente. ¿Cuál será la humedad relativa,<br />
temperatura de rocío y humedad absoluta?<br />
36. Encontrar la hr cuando la temperatura de bulbo seco es de 32 o C,<br />
y el contenido de humedad (presión del vapor de agua) es de 0,014<br />
kg/kg de aire seco.<br />
145
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 1 TERMODINÁMICA<br />
BIBLIOGRAFÍA<br />
Alarcón Creus, José: Tratado Práctico de Refrigeración Automática, 12ª edición<br />
ampliada y puesta al día con la inclusión de los nuevos refrigerantes HFC<br />
sin cloro, Barcelona: Edit. Marcombo, S.A., 1998.<br />
Amigo, P.: Termotecnia. Aplicaciones Industriales, Editorial Mundi-Prensa,<br />
1999.<br />
Balboa, Joan: Manual de Instalaciones Frigoríficas, 2ª Edición, Barcelona:<br />
Edit. Ediciones Ceysa, 2003.<br />
Cano, G.: Manual para la Operación y Funcionamiento de Almacenes Frigoríficos<br />
de Productos Cárnicos, Editorial FAO, 1991.<br />
López, A.: Las Instalaciones Frigoríficas en las Industrias Agroalimentarias,<br />
Madrid: Ediciones A. Madrid Vicente / Mundi-prensa libros, S.A., 1994.<br />
Maestre Albert, Joaquín; Melgarejo Moreno, Pablo; y otros / Colegio<br />
Oficial de Ingenieros Agrónomos de Murcia: Curso de Ingeniería del frío,<br />
Madrid: Ediciones A. Madrid Vicente, 1993.<br />
Manual técnico Valycontrol, 1996, distribuido por Valycontrol S.A.<br />
Ramírez, Carlos Mario; García, Mateo Miguel; García García, Ceferino:<br />
Termodinámica, Derechos reservados respecto a la primera edición en<br />
español por McGRAW-HILL INTERAMERICANA DE MÉXICO, S.A. de<br />
C.V.<br />
Rapin, P.: Prontuario del Frío, Tercera Edición traducida y ampliada de la<br />
tercera edición francesa, Edit. Editores Técnicos Asociados, 1994.<br />
Rapin, P.; Jacquard, P. J.: Instalaciones frigoríficas. Tomo 1 Física Aplicada,<br />
Barcelona: Edit. Marcombo Boixareu Editores, 1997.<br />
Sánchez y Pineda de las Infantas, Mª Teresa: Ingeniería del frío: Teoría y<br />
Práctica, Madrid: Edit. A. Madrid Vicente/ Mundi-prensa libros, S.A.,<br />
2001.<br />
Segura Clavell, José: Termodinámica Técnica, Barcelona: Edit. Reverté S.A.,<br />
1993.<br />
147
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS<br />
FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
M 1 / UD 2
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
ÍNDICE<br />
Introducción.................................................................................. 153<br />
Objetivos........................................................................................ 155<br />
1. Magnitudes fundamentales .................................................... 157<br />
2. Tipologías y clases ................................................................... 164<br />
3. Instrumentos de medición ..................................................... 166<br />
3.1. Manómetro de glicerina y paraisobutano ................... 166<br />
3.2. Analizadores con manómetro de alta y baja................ 167<br />
3.3. Presostatos de alta y baja y diferenciales de aceite...... 168<br />
3.4. Báscula de carga de refrigerante.................................. 169<br />
3.5. Termómetros ................................................................. 169<br />
3.6. Medidor de tenazas....................................................... 170<br />
3.7. Voltímetro...................................................................... 171<br />
3.8. Resistencia, aislamiento eléctrico, polímetro.............. 171<br />
3.9. Megamedidor ................................................................ 171<br />
3.10. Anemómetro ................................................................. 175<br />
3.11. Anemomaster ................................................................ 175<br />
3.12. Medidor de ruido.......................................................... 175<br />
3.13. Vibrómetro .................................................................... 176<br />
3.14. Detector de fugas .......................................................... 176<br />
3.15. Control de calidad de líquidos o de aire ..................... 176<br />
3.16. Detector de acidez del circuito .................................... 176<br />
4. Técnicas y procedimientos de medición ............................... 177<br />
4.1. Clasificación de los errores.............................................. 179<br />
4.2. Cifras significativas ........................................................... 182<br />
4.3. Proceso de medida........................................................... 183<br />
Resumen ........................................................................................ 185<br />
Glosario.......................................................................................... 187<br />
Cuestionario de Autoevaluación.................................................. 191<br />
Bibliografía .................................................................................... 193<br />
151
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
INTRODUCCIÓN<br />
Para el correcto funcionamiento de la instalación es importante el<br />
conocimiento de su diseño, su función y control, tanto mecánico como<br />
eléctrico, debiéndose estudiar detenidamente el trazado de las tuberías<br />
y diseño en general de componentes y sistemas externos conectados.<br />
Con el fin de localizar y subsanar las averías y funcionamientos incorrectos,<br />
son necesarios ciertos conocimientos teóricos (que describiremos en las<br />
unidades siguientes) así como los siguientes factores:<br />
• Estructura, funcionamiento y características de todos los componentes<br />
de la instalación.<br />
• Todos los procesos de refrigeración.<br />
• Las influencias ambientales en el funcionamiento de la instalación.<br />
• El funcionamiento y ajuste de los controles y de los dispositivos de<br />
seguridad.<br />
• Legislación vigente referente a aspectos de seguridad y sus<br />
correspondientes inspecciones en sistemas frigoríficos.<br />
• Instrumentos y técnicas de medida necesarios.<br />
En las labores de mantenimiento, siempre que se tenga cierta experiencia,<br />
hay algunos tipos de averías que pueden ser detectadas por medio de<br />
los sentidos (ventilador gira en sentido contrario, suciedad, aletas<br />
deformadas…) en cambio existen errores en el funcionamiento del<br />
sistema cuyas causas sólo pueden ser detectadas mediante los aparatos<br />
de medida, de ahí la importancia de saber cómo y cuándo deben utilizarse,<br />
del mismo modo que es necesario conocer sus características (precisión,<br />
capacidad de resolución, reproducibilidad, estabilidad a largo plazo y<br />
estabilidad con la temperatura).<br />
153
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
OBJETIVOS<br />
Con el fin de que el alumno pueda verificar el correcto funcionamiento<br />
de una instalación frigorífica en la puesta en marcha, detectar, localizar<br />
e interpretar las causas de las averías a partir de las lecturas obtenidas;<br />
actuando bajo normas de seguridad personales se estudian en la unidad<br />
los aparatos, desarrollando los siguientes conceptos:<br />
• Las magnitudes de medida fundamentales y derivadas, los distintos<br />
sistemas de medida, y la transformación de unidades de un sistema<br />
a otro.<br />
• Los parámetros que condicionan las lecturas obtenidas tales como<br />
la precisión, capacidad de resolución, reproducibilidad y estabilidad.<br />
• Los instrumentos de medida más usados en las instalaciones frigoríficas.<br />
Se explicará el funcionamiento de éstos y en qué condiciones procede<br />
emplearlos.<br />
• Se identifican los puntos de medición.<br />
• Se seleccionan los instrumentos de medida apropiados en cada caso.<br />
• Se interpretan los resultados obtenidos, las mediciones, identificando<br />
las posibles causas de las averías, de forma que puedan ser subsanadas.<br />
155
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
1. MAGNITUDES FUNDAMENTALES<br />
En la ciencia, tanto las leyes como las definiciones se relacionan entre<br />
sí mediante un grupo reducido de magnitudes, de tal forma que cualquier<br />
otra magnitud (magnitud derivada) puede obtenerse en función de las<br />
magnitudes fundamentales.<br />
A continuación se definen los conceptos básicos para la comprensión de<br />
la unidad:<br />
Magnitud es todo aquello que se puede medir, que se puede representar<br />
por un número y que puede ser estudiado en las ciencias experimentales.<br />
Magnitudes escalares: quedan definidas mediante la cantidad y la unidad<br />
correspondiente.<br />
Magnitudes vectoriales: quedan definidas mediante la cantidad, unidad<br />
correspondiente, dirección y sentido.<br />
Unidad: se define como la cantidad de referencia; deben ser reproducibles<br />
(por patrones de medida) e inalterables (constantes respecto al valor de<br />
referencia).<br />
Patrón de medida: sistema físico que encarna la cantidad considerada<br />
como una unidad.<br />
La medida es el resultado de medir; para medir se compara la cantidad<br />
de magnitud que queremos medir con la unidad de esa magnitud.<br />
Sistema de unidades: conjunto reducido y completo de magnitudes<br />
fundamentales y unidades, en función del cual pueden obtenerse el resto<br />
de magnitudes.<br />
El Sistema Internacional de Unidades (SI)<br />
El Sistema Internacional de Unidades evoluciona a partir del Sistema<br />
Métrico Decimal francés. El SI toma como magnitudes fundamentales<br />
la longitud, la masa, el tiempo, la intensidad de corriente eléctrica, la<br />
temperatura absoluta, la intensidad luminosa y la cantidad de sustancia,<br />
fijando correspondientes unidades para cada una de ellas. A estas siete<br />
magnitudes fundamentales hay que añadir dos suplementarias, asociadas<br />
a medidas angulares: el ángulo plano y el ángulo sólido. La definición<br />
de las diferentes unidades fundamentales ha evolucionado con el tiempo<br />
al mismo ritmo que las propias ciencias físicas.<br />
Magnitudes fundamentales SI<br />
• Unidad de Longitud: El metro (m) es la longitud recorrida por la luz<br />
en el vacío durante un período de tiempo de 1/299 792 458 s.<br />
157
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
• Unidad de Masa: El kilogramo (kg) es la masa del prototipo<br />
internacional de platino iridiado que se conserva en la Oficina de<br />
Pesas y Medidas de París.<br />
• Unidad de Tiempo: El segundo (s) es la duración de 9 192 631 770<br />
períodos de la radiación correspondiente a la transición entre dos<br />
niveles fundamentales del átomo Cesio 133.<br />
• Unidad de Corriente Eléctrica: El amperio (A) es la intensidad de<br />
corriente, que al mantenerse entre dos conductores paralelos,<br />
rectilíneos, de longitud infinita, sección transversal circular despreciable<br />
y separados en el vacío por una distancia de un metro, producirá una<br />
fuerza entre estos dos conductores igual a 2 x 10-7 N por cada metro<br />
de longitud.<br />
• Unidad de Temperatura Termodinámica: El Kelvin (K) es la fracción<br />
1/273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua.<br />
• Unidad de Intensidad Luminosa: La candela (cd) es la intensidad<br />
luminosa, en una dirección dada, de una fuente que emite radiación<br />
monocromática de frecuencia 540 x 1012 hertz y que tiene una<br />
intensidad energética en esta dirección de 1/683 W por estereorradián<br />
(sr).<br />
• Unidad de Cantidad de Sustancia: El mol es la cantidad de materia<br />
contenida en un sistema y que tiene tantas entidades elementales<br />
como átomos hay en 0,012 kilogramos de carbono 12. Cuando es<br />
utilizado el mol, deben ser especificadas las entidades elementales,<br />
y las mismas pueden ser átomos, moléculas, iones, electrones, otras<br />
partículas o grupos de tales partículas.<br />
Las unidades base del Sistema Internacional de Unidades son:<br />
MAGNITUDES FUNDAMENTALES NOMBRE SÍMBOLO<br />
Longitud metro m<br />
Masa kilogramo kg<br />
Tiempo segundo s<br />
corriente eléctrica Amperio A<br />
temperatura termodinámica Kelvin K<br />
cantidad de sustancia mol mol<br />
intensidad luminosa candela cd<br />
Unidades derivadas<br />
Ciertas unidades derivadas han recibido unos nombres y símbolos<br />
especiales. Estas unidades pueden, así mismo, ser utilizadas en combinación<br />
con otras unidades base o derivadas para expresar unidades de otras<br />
158
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
cantidades. Estos nombres y símbolos especiales son una forma de<br />
expresar unidades de uso frecuente.<br />
Coulomb (C): Cantidad de electricidad transportada en un segundo por<br />
una corriente de un amperio.<br />
Julio (J): Trabajo producido por una fuerza de un newton cuando su<br />
punto de aplicación se desplaza la distancia de un metro en la dirección<br />
de la fuerza.<br />
Newton (N): Es la fuerza que, aplicada a un cuerpo que tiene una masa<br />
de 1 kilogramo, le comunica una aceleración de 1 metro por segundo,<br />
cada segundo.<br />
Pascal (Pa): Unidad de presión. Es la presión uniforme que, actuando<br />
sobre una superficie plana de un metro cuadrado, ejerce<br />
perpendicularmente a esta superficie una fuerza total de un newton.<br />
Volt (V): Unidad de tensión eléctrica, potencial eléctrico, fuerza<br />
electromotriz. Es la diferencia de potencial eléctrico que existe entre<br />
dos puntos de un hilo conductor que transporta una corriente de<br />
intensidad constante de 1 ampere cuando la potencia disipada entre<br />
esos puntos es igual a un watio.<br />
Watio (W): Potencia que da lugar a una producción de energía igual a<br />
un julio por segundo.<br />
Ohm ( ): Unidad de resistencia eléctrica. Es la resistencia eléctrica que<br />
existe entre dos puntos de un conductor cuando una diferencia de<br />
potencial constante de un voltio aplicada entre estos dos puntos produce,<br />
en dicho conductor, una corriente de intensidad un ampere, cuando no<br />
haya fuerza electromotriz en el conductor.<br />
Weber (Wb): Unidad de flujo magnético, flujo de inducción magnética.<br />
Es el flujo magnético que, al atravesar un circuito de una sola espira,<br />
produce en la misma una fuerza electromotriz de un voltio si se anula<br />
dicho flujo en 1 segundo por decrecimiento uniforme.<br />
159
MAGNITUD DERIVADA NOMBRE SÍMBOLO<br />
ángulo plano radián<br />
ángulo sólido estereorradián<br />
frecuencia hertz<br />
fuerza newton<br />
presión, esfuerzo pascal<br />
energía, trabajo, calor joule<br />
potencia, flujo de energía watt<br />
carga eléctrica, cantidad<br />
de electricidad<br />
diferencia de potencial<br />
eléctrico, fuerza<br />
electromotriz<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
coulomb<br />
volt<br />
capacitancia farad<br />
resistencia eléctrica ohm<br />
conductancia eléctrica siemens<br />
flujo magnético weber<br />
densidad de flujo<br />
magnético<br />
tesla<br />
inductancia henry<br />
temperatura Celsius Celsius<br />
flujo luminoso lumen<br />
radiación luminosa lux<br />
actividad (radiación<br />
ionizante)<br />
dosis absorbida, energía<br />
específica (transmitida)<br />
beequerel<br />
gray<br />
dosis equivalente sievert<br />
Temperatura termodinámica en el apartado 1.6.7 se definen las escalas<br />
termométricas.<br />
160<br />
EXPRESADAS<br />
EN TÉRMINOS<br />
DE OTRAS<br />
UNIDADES DEL SI<br />
EXPRESADAS EN<br />
TÉRMINOS DE LAS<br />
UNIDADES BASE<br />
DEL SI
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
FACTOR PREFIJO SÍMBOLO FACTOR PREFIJO SÍMBOLO<br />
Prefijos SI<br />
Existen otros sistemas de unidades:<br />
• Sistema Cegesimal de unidades o sistema CGS, es un basado en el ,<br />
el y el ndo.<br />
• Sistema Técnico, que comprende una serie de unidades del antiguo<br />
S, que siguen en uso para determinados cálculos (Unidad de fuerza:<br />
kilogramo fuerza (kgf) o kilopondio (kp), Unidad de presión:<br />
(m.c.a.), Unidad de energía: (cal), Unidad de potencia: (CV)).<br />
• Sistema Anglosajón, por el que se rigen los países anglosajones,<br />
empleando la milla, yarda, libra.<br />
erg/s<br />
W<br />
Kpm/s<br />
cal/s<br />
Kcal/min<br />
CV<br />
Tablas de conversión unidades:<br />
erg/s W Kpm/s cal/s Kcal/min CV<br />
Conversión unidades potencia<br />
161
erg/gºC<br />
J/kgºC<br />
Kpm/kgºC<br />
Cal/gºC<br />
J/gºC<br />
Kcal/gºC<br />
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U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
erg/gºC J/kgºC Kpm/kgºC Cal/gºC J/gºC Kcal/gºC<br />
Conversión unidades calor específico y calor latente<br />
erg<br />
J<br />
kpm<br />
cal<br />
Atm.l<br />
kW.h<br />
CV.h<br />
erg J kpm cal Atm.l kW.h CV.h<br />
Conversión unidades trabajo, energía, calor<br />
Baria<br />
Pascal<br />
Kp/m 2<br />
Atm<br />
Bar<br />
Kp/cm 2<br />
torr<br />
mca<br />
Conversión unidades presión<br />
Baria Pascal Kp/m 2 Atm Bar Kp/cm 2 torr mca<br />
El artículo único del REAL DECRETO 1317/1989, de 27 de octubre de<br />
1989 por el que se establecen las Unidades Legales de Medida, publicado<br />
el 3 de noviembre, establece:<br />
1. El Sistema legal de Unidades de Medida obligatorio en España es el<br />
Sistema Métrico Decimal de siete unidades básicas, denominado<br />
Sistema Internacional de Unidades (SI), adoptado en la Conferencia<br />
General de Pesas y Medidas y vigente en la Comunidad Económica<br />
Europea.<br />
162
BOE nº 269 de 10 de<br />
noviembre de 1967<br />
BOE nº 110 se 8 de<br />
mayo de 1974<br />
BOE nº 264 de 3 de<br />
noviembre de 1989<br />
BOE nº 21 de 24 de<br />
enero de 1990<br />
BOE nº 289 de 3 de<br />
diciembre de 1997<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
En la tabla siguiente figuran las distintas normativas publicadas en el<br />
Boletín Oficial del Estado (BOE)<br />
Ley 88/1967, de 8 de noviembre, declarando de uso legal en España el denominado<br />
Sistema Internacional de Unidades (SI).<br />
Decreto 1257/1974 de 25 de abril, sobre modificaciones del Sistema Internacional<br />
de Unidades, denominado SI, vigente en España por Ley 88/1967, de 8 de<br />
noviembre.<br />
Real Decreto 1317/1989, de 27 de octubre, por el que se establecen las Unidades<br />
Legales de Medida.<br />
Corrección de errores del Real Decreto 1317/1989, de 27 de octubre, por el que se<br />
establecen las Unidades Legales de Medida.<br />
Real Decreto 1737/1997, de 20 de noviembre, por el que se modifica Real Decreto<br />
1317/1989, de 27 de octubre, por el que se establecen las Unidades Legales de Medida.<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
2. TIPOLOGÍA Y CLASES<br />
La finalidad de las labores de mantenimiento consiste en conocer cuál<br />
es el estado de la instalación, y tomar las medidas correctoras que sean<br />
necesarias para conseguir el adecuado funcionamiento de ésta. La toma<br />
de datos de determinados puntos del sistema (tal y como se explicará en<br />
el punto 2.6. ‘’Interpretación de resultados’’) resulta muy útil, y en<br />
algunos casos determinante, a la hora de detectar y resolver averías en<br />
los sistemas. Los aparatos de medida, son herramientas utilizadas<br />
generalmente para cualificar y cuantificar los objetos, según las reglas<br />
precisas que permiten clasificar esos objetos.<br />
La clasificación de los aparatos de medida atendiendo a las distintas<br />
variables a cuantificar:<br />
• Dimensionales.<br />
• Termodinámicos.<br />
• Eléctricos.<br />
• Tiempo y Frecuencia.<br />
• Mecánica.<br />
• Óptica.<br />
• Eléctricos.<br />
• Acústica y Vibraciones.<br />
• Metrología química.<br />
• Radiaciones ionizantes.<br />
Los aparatos de medida pueden ser:<br />
Analógico.<br />
Dispositivo, circuito o sistema electrónico que procesa señales eléctricas<br />
que toman infinitos valores dentro de un intervalo, y que reciben el<br />
nombre de señales analógicas.<br />
Digital.<br />
Área de la electrónica que estudia los sistemas electrónicos que procesan<br />
señales eléctricas que toman sólo dos valores asignados a los dígitos 0 y<br />
1, y reciben el nombre de señales digitales.<br />
Los sistemas electrónicos digitales poseen las siguientes características:<br />
• Mayor complejidad de los circuitos que los sistemas analógicos. Un<br />
sumador o un integrador digital es más complejo que uno analógico.<br />
• Facilidad para memorizar las variables eléctricas.<br />
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U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
• Programabilidad. Es posible modificar el proceso cambiando solamente<br />
el contenido de una memoria, sin necesidad de cambiar los circuitos<br />
o su conexión.<br />
• Gran densidad de integración, porque la precisión de los resultados<br />
no depende de la tolerancia de los componentes.<br />
• Necesidad de utilizar varias variables binarias para representar una<br />
información. El número de ellas depende de la precisión que se<br />
desee.<br />
Las tres características antes citadas de facilidad de memorización,<br />
programabilidad y gran densidad de integración han hecho de la<br />
electrónica digital el motor del desarrollo de las tecnologías de la<br />
información.<br />
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3. INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN<br />
A continuación describiremos los principales instrumentos de medición<br />
utilizados en las instalaciones frigoríficas:<br />
3.1. Manómetro, de glicerina y para isobutano<br />
El manómetro es el aparato empleado para detectar la presión del<br />
circuito. Existen dos tipos de manómetros, los de baja (también llamados<br />
vacuómetros) que miden hasta 12 bar y los de alta que miden hasta 30<br />
bar. Se fabrican en varios diámetros y escalas, relacionando la presión<br />
con la temperatura. Para evitar las pulsaciones producidas por la aguja<br />
se construyen manómetros amortiguados con glicerina y regulables.<br />
Atendiendo al tipo de refrigerante empleado se debe utilizar el manómetro<br />
correspondiente.<br />
Los manómetros para localización de averías y mantenimiento son en<br />
general de tipo Bourdon, la presión se mide como sobrepresión, el punto<br />
cero de la escala de presión es igual a la lectura del barómetro.<br />
Existen manómetros especiales para el refrigerante isobutano (R-600 A)<br />
con escala desde -1 bar hasta 3 bar y con sistema regulable.<br />
Los manómetros instalados permanentemente en el sector de alta presión<br />
deberán tener una graduación superior a un 20 por 100 de la presión<br />
máxima de servicio, como mínimo estando ésta indicada claramente con<br />
una fuerte señal roja.<br />
En las instalaciones frigoríficas puede preverse conexiones para los<br />
manómetros excepto en los siguientes casos que dispondrán de estos<br />
instrumentos de forma permanente:<br />
• Instalaciones con refrigerantes del grupo primero, cuando la carga<br />
de las mismas sobrepase los 50 kilogramos.<br />
• Instalaciones con refrigerantes del grupo segundo, cuando la carga<br />
de las mismas sobrepase los 25 kilogramos.<br />
• Instalaciones con refrigerantes del grupo tercero y anhídrido carbónico.<br />
• Las bombas volumétricas para líquidos estarán provistas de un<br />
manómetro en el sector de alta presión o de impulsión. Se preverá<br />
la colocación de un dispositivo apropiado de amortiguamiento o de<br />
una válvula de cierre automático para evitar la fuga de fluidos<br />
peligrosos.<br />
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U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
• Los recipientes que hayan de someterse a pruebas de presión estarán<br />
provistos de conexiones para la colocación de manómetros, que serán<br />
independientes y estarán distanciadas de la conexión que se utilice<br />
para las citadas pruebas, a menos que se hayan tomado otras medidas<br />
adecuadas para asegurarse de que la presión que soportan puede<br />
conocerse con las indicaciones de un único manómetro.<br />
• Las camisas de calefacción de los recipientes sometidos a presión<br />
estarán provistas de un manómetro y de un termómetro.<br />
• Los aparatos de control manual que se desescarchen utilizando calor<br />
o altas temperaturas, estarán provistos de manómetros.<br />
3.2. Analizadores con manómetros de alta y baja<br />
El analizador empleado en refrigeración se utiliza para crear el vacío<br />
dentro del sistema, realzar la carga de refrigerante (en estado líquido o<br />
en estado gaseoso) y obtener datos a cerca de las presiones de alta y baja.<br />
Tal y como se aprecia en la figura en el analizador con manómetros<br />
pueden distinguirse las siguientes partes:<br />
- Manómetro de presión baja.<br />
- Manómetro de presión alta.<br />
- Válvula manual para presión baja.<br />
- Válvula manual para presión alta.<br />
- Conexión de lado alto.<br />
- Conexión del lado bajo.<br />
- Compuerta auxiliar.<br />
- Una conexión para: bomba de vacío, cilindro refrigerante…<br />
- Un visor para controlar la carga de refrigerante.<br />
Puente de manómetros<br />
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U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
En la definición de los analizadores con manómetros hemos descrito las<br />
operaciones que pueden realizarse con éstos, en los esquemas siguientes<br />
pueden comprobarse las tres funciones (en el punto 2.5 ‘’Aplicaciones<br />
específicas’’ se desarrollarán la creación de vacío y carga de refrigerante).<br />
Medición de la presión<br />
Carga de refrigerante. Izquierda: en estado líquido. Derecha: en estado gaseoso<br />
Bombeadores de vacío<br />
3.3. Presostato de alta y baja y diferenciales de aceite<br />
Los presostatos controlan la presión del sistema, realizan distintas<br />
funciones de regulación de la marcha, (aparato de regulación) y como<br />
aparato de protección; los presostatos diferenciales de aceite son<br />
generalmente aparatos de protección.<br />
En el apartado 5.4.2. ‘’Tipos de dispositivos de seguridad‘’ se desarrolla<br />
el funcionamiento de los presostatos o conmutadores.<br />
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3.4. Báscula de carga de refrigerante<br />
La báscula de refrigerante es un instrumento que permite controlar de<br />
forma exacta la cantidad de refrigerante que se carga o recupera en la<br />
instalación. Suelen incorporar visores para poder nivelar correctamente<br />
la báscula.<br />
Para utilizar la báscula digital se coloca la botella en la plataforma<br />
dispuesta para tal fin y se pesa el cilindro de refrigerante. Las básculas<br />
de carga digitales permiten una carga de hasta 50 Kg con una precisión<br />
de ±10gr. En el punto 2.5 ‘’Aplicaciones específicas’’ se desarrollará la<br />
forma de cargar una instalación de refrigerante.<br />
Báscula refrigerante<br />
3.5. Termómetros<br />
El termómetro es el aparato empleado para medir la temperatura del<br />
circuito. Existen distintos tipos de termómetros siendo el de uso más<br />
generalizado el electrónico de lectura digital obteniendo la lectura de<br />
los sensores, y los de esfera de aguja con bulbo y tubo capilar.<br />
Algunos ejemplos de las distintas versiones de sensores de los termómetros<br />
digitales son de superficie de ambiente y de inducción. La precisión del<br />
termómetro no deberá ser inferior a ± 0,1 ºC y la capacidad de resolución<br />
debe ser de 0,1 ºC.<br />
Los termómetros de esfera de aguja con bulbo y tubo capilar están<br />
disponibles con escala de -40 a 60 ºC y longitudes de capilar de 1 a 1,5 m.<br />
En el punto 2.5 ‘’Aplicaciones específicas’’ se detallarán los puntos a<br />
medir en una instalación frigorífica.<br />
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U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
Termómetro digital<br />
3.6. Medidor de tenazas<br />
El medidor de tenazas se emplea para medir la intensidad de corriente<br />
alterna; se conecta seriado en dicha rama. En nuestro caso debemos<br />
realizar medidas rápidas sin efectuar desconexiones, por lo que se utilizan<br />
pinzas amperimétricas. La pinzas amperimétricas aprovechan la presencia<br />
del campo magnético que se establece alrededor del conductor donde<br />
circula la corriente y la relación directamente proporcional que existe<br />
entre la intensidad del campo magnético y la intensidad de la corriente.<br />
Son de dos tipos:<br />
• Pinzas amperimétricas de tipo inductivo o tipo transformador, que<br />
aprovechan la tensión inducida por el campo magnético en un núcleo<br />
de hierro, las cuales miden solamente corriente alterna.<br />
• Pinzas de efecto Hall, que utilizan un semiconductor y un circuito<br />
de amplificación independiente que pueden medir corriente alterna<br />
o continúa. En la actualidad, la tendencia es utilizar este principio<br />
de medición en los instrumentos portátiles.<br />
Las pinzas amperimétricas pueden trabajar asociadas a un multímetro;<br />
en general, se debe buscar que tengan las siguientes características:<br />
Retención de lectura, medición de lecturas de verdadero valor eficaz,<br />
registro de máxima y mínima y promedios en diferentes periodos de<br />
tiempo, velocidad de registro que permita obtener las corrientes de<br />
arranque de los compresores.<br />
170<br />
Medidor de tenazas
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U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
3.7. Voltímetro<br />
El voltímetro es un aparato utilizado para medir, directa o indirectamente,<br />
diferencias de potencial eléctrico. Esencialmente, un voltímetro está<br />
constituido por un galvanómetro sensible que se conecta en serie con<br />
una resistencia adicional de valor elevado. Para que en el proceso de<br />
medida no se altere la diferencia de potencial, es conveniente que el<br />
aparato consuma la menor cantidad posible de corriente; esto se consigue<br />
en el voltímetro electrónico, que consta de un circuito electrónico<br />
formado por un adaptador de impedancia.<br />
3.8. Resistencia aislamiento eléctrico. Polímetro<br />
El Polímetro es un instrumento de medida que se utiliza para cualquier<br />
experiencia de teoría de circuitos. En un principio estos aparatos eran<br />
analógicos, y solamente permitían medir intensidades de corrientes y<br />
resistencias. Pero actualmente, los diseños de los polímetros digitales<br />
además permiten medir capacidades, frecuencias, etc., y son más precisos.<br />
Los polímetros constan de un conmutador de encendido y apagado y<br />
otro que permite seleccionar si las lecturas serán de corriente continua<br />
o alterna. Con este mismo conmutador podremos seleccionar tanto el<br />
tipo de medida (resistencia, tensión, corriente,...) como el máximo valor<br />
de la señal que el polímetro es capaz de medir. Es aconsejable primero<br />
calcular la medida teórica que se va a medir con el fin de no tener averías<br />
con el polímetro. Por último, el polímetro consta de cuatro terminales<br />
de entrada y dos zócalos que permiten conectarlo con los circuitos o<br />
elementos a medir.<br />
3.9. Megamedidor<br />
Megamedidor o multímetro: Es un instrumento de medición que recoge<br />
un amperímetro, voltímetro, ohmiómetro, medida de capacidad,<br />
termómetro; pudiendo ser analógico o digital.<br />
El amperímetro, el voltímetro, y el ohmiómetro utilizan el galvanómetro<br />
D’Arsonval. La diferencia entre ellos es el circuito utilizado con el<br />
movimiento básico. Es, por lo tanto, obvio que se puede diseñar un<br />
instrumento para realizar las tres funciones de medición; este dispositivo<br />
tiene un interruptor de función que selecciona el circuito apropiado al<br />
galvanómetro D’Arsonval y es llamado comúnmente multímetro o<br />
medidor-volt-ohm-miliampere (VOM).<br />
171<br />
Polímetro
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Básicamente, todos los instrumentos que requieran de un medio de<br />
interpretación de características físicas usan un galvanómetro. Lo diseñó<br />
el francés Arsen d’Arsonval en 1882 y lo llamó así en honor del científico<br />
italiano Galvini. En esencia, el medidor es un dispositivo que consta de<br />
un imán permanente y una bobina móvil. El galvanómetro D’Arsonval<br />
de bobina móvil funciona basándose en el efecto electromagnético. En<br />
su forma más sencilla, el medidor de bobina móvil consta de una bobina<br />
de alambre muy fino devanado sobre marco de aluminio ligero. Un imán<br />
permanente rodea a la bobina y el marco de aluminio está montado<br />
sobre pivotes que posibilitan que gire libremente, junto con la bobina,<br />
entre los polos del imán permanente. Cuando hay corriente en la bobina,<br />
ésta se magnetiza y su polaridad es tal que el campo del imán permanente<br />
la repele. Esto hace que el marco de la bobina gire sobre el pivote y<br />
cuánto lo haga depende de la cantidad de corriente que circule por la<br />
bobina. Así, al calibrar la aguja sobre el marco de la bobina y referirla<br />
a una escala calibrada en unidades de corriente, puede medirse la<br />
cantidad de corriente que circula a través del instrumento.<br />
Galvanómetro D’Arsonval de bobina móvil<br />
Uno de los instrumentos de propósitos más versátiles, capaz de medir<br />
voltajes de corriente alterna y corriente continua, corriente y resistencia,<br />
es el multímetro electrónico de estado sólido o VOM. Aunque los detalles<br />
del circuito varían de un instrumento a otro, un multímetro electrónico<br />
generalmente contiene los siguientes elementos:<br />
• Amplificador de corriente continua de puente – equilibrado y medidor<br />
indicador.<br />
• Atenuador de entrada o interruptor de RANGO, para limitar la<br />
magnitud del voltaje de entrada al voltaje deseado.<br />
• Sección de rectificación para convertir el voltaje de corriente alterna<br />
de entrada en voltaje de corriente continua proporcional.<br />
• Batería interna y un circuito adicional para proporcionar la capacidad<br />
para medir resistencias.<br />
172
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U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
• Interruptor de FUNCIÓN, para seleccionar las distintas funciones<br />
de medición del instrumento.<br />
Además el instrumento suele incluir una fuente de alimentación para su<br />
operación con la línea de corriente alterna y, en la mayoría de los casos,<br />
una batería para operarlo como instrumento portátil de prueba.<br />
Los multímetros analógicos son instrumentos de laboratorio y de campo<br />
muy útiles y versátiles, capaces de medir voltaje (en corriente continua<br />
y alterna), corriente, resistencia, ganancia de transistor, caída de voltaje<br />
en los diodos, capacitancia e impedancia. Se les llama por lo general<br />
multimeters (en inglés se les llama VOM, volt ohm miliammeters).<br />
En últimas fechas se han ampliado y mejorado las posibilidades de<br />
funcionamiento de esos medidores, se ha aumentado en forma<br />
considerable sus posibilidades y su exactitud. Además, mediante el empleo<br />
de amplificadores de entrada con transistores de efecto de campo (FET)<br />
para mediciones de voltaje corriente continua, sus impedancias rebasan<br />
con frecuencia a los 100 M . Por ultimo, la escala del óhmetro ya no se<br />
ha de llevar a cero para compensar los cambios internos del voltaje de<br />
batería o los cambios de escala. Las mediciones de voltaje se pueden<br />
efectuar sobre el rango de 0.4 mV hasta 1000 V con exactitudes de 0.1<br />
por ciento. Las mediciones de corriente se pueden llevar a cabo desde<br />
0.1 A hasta 10 A con exactitudes de 0.2 por ciento. Se miden resistencias<br />
tan altas como 40 M con exactitud de 1 por ciento (se debe notar que<br />
al hacer mediciones de resistencias tan altas, nunca se debe tocar la punta<br />
de medición con los dedos debido a que la resistencia de la piel es de<br />
sólo algunos miles de ohms, y esto puede originar errores serios en la<br />
medición). Las mediciones de resistencia menores tienen una exactitud<br />
de 0.2 por ciento.<br />
Los multímetros digitales han tomado el lugar de los multímetros con<br />
movimientos de D'Arsonval por dos razones principales: mejor exactitud<br />
y eliminación de errores de lectura. Sin embargo con frecuencia se agrega<br />
una escala analógica en la escala digital para dar una indicación visual<br />
de entradas que varían con el tiempo. La posibilidad de observar la<br />
indicación del medidor en forma analógica es muy importante cuando<br />
se estén localizando fallas en sistemas de instrumentación, por ejemplo,<br />
la rapidez con que cambia una variable, al igual que su magnitud, pueden<br />
dar indicaciones valiosas en muchas situaciones de localización de<br />
problemas.<br />
La mayoría de los multímetros digitales se fabrican tomando como base<br />
ya sea un convertidor A / D de doble rampa o de voltaje a frecuencia,<br />
con ajuste de rango. Para dar flexibilidad para medir voltajes en rangos<br />
dinámicos más amplios con la suficiente resolución, se emplea un divisor<br />
de voltaje para escalar el voltaje de entrada.<br />
173
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U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
Para lograr la medición de voltajes de corriente alterna, se incluye un<br />
rectificador en el diseño del medidor. Como las exactitudes de los<br />
rectificadores no son tan altas como las de los circuitos de medición de<br />
voltaje de corriente continua, la exactitud general de los instrumentos<br />
de medición de corriente alterna es menor que cuando se miden voltajes<br />
de corriente continua (las exactitudes para voltajes de corriente alterna<br />
van desde + 1.012 hasta + 1 por ciento + 1 digito). Las corrientes se miden<br />
haciendo que el voltímetro digital determine la caída de voltaje a través<br />
de una resistencia de valor conocido y exacto.<br />
Aunque el valor de una resistencia se puede especificar con mucha<br />
exactitud, hay cierto error adicional debido al cambio de resistencia<br />
como función del efecto de calentamiento de la corriente que pasa a<br />
través de ella.<br />
Además, se debe tener cuidado al emplear la función de medición de<br />
corriente. No se debe permitir que pase demasiada corriente a través de<br />
la resistencia. Las exactitudes típicas de las mediciones de corriente de<br />
corriente continua van desde + 0.03 hasta + 2 por ciento de la lectura +<br />
1 dígito, mientras que para corriente alterna son de + 0.05 a + 2 por<br />
ciento + 1 dígito.<br />
El voltímetro digital se convierte en óhmetro cuando se incluye en él<br />
una fuente muy exacta de corriente. Esta fuente circula corriente a través<br />
de la resistencia que se mide y el resto de los circuitos del vóltmetro<br />
digital monitorea la caída de voltaje resultante a través del electo. La<br />
fuente de corriente es exacta sólo para voltajes menores que el voltaje<br />
de escala completa del vóltmetro digital. Si la resistencia que se mide es<br />
demasiado grande, la corriente de prueba de la fuente de poder<br />
disminuirá. Las exactitudes de los voltímetros digitales multiusos que se<br />
emplean apara medir la resistencia van desde + 0.002 por ciento de la<br />
lectura + 1 dígito hasta + 1 por ciento de la lectura + 1 dígito.<br />
Muchos multímetros digitales son instrumentos portátiles de baterías.<br />
Algunos se diseñan con robustez para permitirles soportar los rigores de<br />
las mediciones de campo. Otros poseen características tales como<br />
operación de sintonización automática de rango (lo cual significa que<br />
el medidor ajusta de manera automática sus circuitos de medición para<br />
el rango de voltaje, corriente o resistencia), compatibilidad con salida<br />
decimal codificada binaria, y medición de conductancia y aun de<br />
temperatura.<br />
174
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
3.10. Anemómetro<br />
Mide la velocidad del aire y del caudal volumétrico. Según el tipo de<br />
aplicación, los anemómetros son fabricados como anemómetros de hilo<br />
caliente, anemómetros de rueda alada o como anemómetros herméticos<br />
portátiles de tamaño de bolsillo. Todos ellos hacen posible medir la<br />
fuerza eólica y la velocidad de circulación del aire. Los resultados de la<br />
medición de la velocidad del aire se pueden almacenar en parte en la<br />
memoria cuando utilizamos anemómetros digitales.<br />
El flujo es proporcional a la velocidad media; el anemómetro con tubo<br />
de Pitot se utiliza para una medición precisa de la presión diferencial,<br />
pero también para la medición de la velocidad de circulación de aire y<br />
gases. De esta manera, se conecta el anemómetro con un tubo de Pitot<br />
– Prandtl, sobre todo para la determinación de velocidades muy altas de<br />
circulación. Ventajas del anemómetro con tubo de Pitot:<br />
• Visualización directa en unidades de presión [Pa] o velocidad de<br />
circulación [m/s].<br />
• Especialmente adecuado para una velocidad muy alta de circulación<br />
del aire.<br />
• Calcula el valor medio.<br />
• Indicador de barra de las ± oscilaciones.<br />
3.11. Anemomaster<br />
Con él pueden obtenerse mediciones de la temperatura (-50ºC, +150ºC),<br />
velocidad del aire (0-40m/s), y presión estática (0-500mmH2O).<br />
3.12. Medidor de ruido<br />
Los medidores de ruidos son analizadores de espectros; se dispone de<br />
una gran gama de analizadores de espectros empleados para el cálculo<br />
del aislamiento, acondicionamiento de locales, ecualización de <strong>equipos</strong><br />
musicales, control de calidad, protección laboral, medida de coeficientes<br />
de absorción, análisis espectral de ruido industrial (turbinas, compresores).<br />
Estos <strong>equipos</strong> son una herramienta indispensable dentro del campo de<br />
la instrumentación para mediciones acústicas de precisión.<br />
175<br />
Anemómetro<br />
Anemomaster
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U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
3.13. Vibrómetro<br />
Los vibrómetros se emplean para medir vibraciones y oscilaciones en<br />
máquinas e instalaciones. La medición proporciona los siguientes<br />
parámetros: aceleración de la vibración, velocidad de vibración y variación<br />
de vibración. De este modo se caracterizan las vibraciones con precisión.<br />
Los vibrómetros son portátiles y sus resultados se pueden almacenar<br />
parcialmente.<br />
3.14. Detector de fugas<br />
Detector de fugas de tipo manual: está compuesto por un pequeño<br />
recipiente de butano; en la parte superior del mismo tiene un mechero<br />
que aspira aire, a través de un tubo, del lugar donde pueda existir una<br />
fuga. Si existe una fuga de refrigerante, la llama, que normalmente es<br />
de color azulado, se torna de color azul.<br />
Detector de fugas mediante spray: se proyecta mediante el spray un<br />
líquido se seguridad que sobre las fugas hace que aparezcan burbujas.<br />
Detector de fugas por sistema de fluorescencia: las fugas son detectadas<br />
por la lámpara de luz ultravioleta.<br />
Detector de fugas electrónico: se trata de un instrumento que dispone<br />
de una bomba de aspiración que al detectar una fuga emite un sonido<br />
característico.<br />
3.15. Control de calidad de líquidos o de aire<br />
Tal y como se explicará en el punto ‘’ Elementos auxiliares’’ la calidad<br />
del líquido refrigerante se consigue mediante la instalación de filtros<br />
deshidratadores, separadores de aceite.<br />
3.16. Detector de acidez del circuito<br />
Para detectar la acidez en los circuitos se emplean botellas de líquido,<br />
el cual cambia de color cuando se mezcla con el aceite del cárter del<br />
compresor.<br />
Para eliminar la acidez del circuito se debe proceder a la limpieza de<br />
todo el circuito, o eliminarlo con líquidos neutralizadores.<br />
176
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U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
4. TÉCNICAS Y PROCEDIMIENTOS DE MEDICIÓN<br />
Para establecer el valor de una variable tenemos que usar instrumentos<br />
de medición y un método de medición. Asimismo, es necesario definir<br />
unidades de medición ya descritas en el punto ‘’Magnitudes<br />
fundamentales’’.<br />
Si deseamos medir el ancho de una mesa, el instrumento de medición<br />
será una regla. Si hemos elegido el Sistema Internacional de Unidades<br />
(SI), la unidad será el metro y la regla a usar deberá estar calibrada en<br />
esa unidad (o submúltiplos). El método de medición consistirá en<br />
determinar cuántas veces la regla y fracciones de ella entran en el ancho<br />
buscado.<br />
En ciencias, el concepto de error tiene un significado diferente del uso<br />
habitual de este término. Coloquialmente, es usual el empleo del término<br />
error como sinónimo de equivocación. El error en ciencias está vinculado<br />
al término de incerteza en la determinación del resultado de una medición.<br />
Con la medición pretendemos conocer las cotas (o límites probabilísticos)<br />
de estas incertezas.<br />
Tal y como se aprecia en la figura siguiente:<br />
Intervalo asociado al resultado de una medición<br />
Establecemos un intervalo donde, con cierta probabilidad, podamos<br />
decir que se encuentra el mejor valor de la magnitud x. Este mejor valor<br />
x es el más representativo de nuestra medición y al semiancho x D lo<br />
denominamos la incerteza o error absoluto de la medición.<br />
En todo proceso de medición existen limitaciones dadas por los<br />
instrumentos usados, el método de medición, el observador (u<br />
observadores) que realizan la medición. Asimismo, el mismo proceso de<br />
medición introduce errores o incertezas.<br />
Cuando usamos un termómetro para medir una temperatura, parte del<br />
calor del objeto fluye al termómetro (o viceversa), de modo que el<br />
resultado de la medición es un valor modificado del original debido a<br />
la inevitable interacción que debimos realizar. Es claro que esta interacción<br />
podrá o no ser significativa: Si estamos midiendo la temperatura de un<br />
177
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
metro cúbico de agua, la cantidad de calor transferida al termómetro<br />
puede no ser significativa, pero sí lo será si el volumen en cuestión es de<br />
una pequeña fracción del mililitro.<br />
Tanto los instrumentos que usamos para medir como las magnitudes<br />
mismas son fuente de incertezas al momento de medir. Los instrumentos<br />
tienen una precisión finita, por lo que, para un instrumento dado,<br />
siempre existe una variación mínima de la magnitud que puede detectar.<br />
Esta mínima cantidad se denomina la apreciación nominal del<br />
instrumento. Por ejemplo, con una regla graduada en milímetros, no<br />
podemos detectar variaciones menores que una fracción del milímetro.<br />
A su vez, las magnitudes a medir no están definidas con infinita precisión.<br />
Imaginemos que queremos medir el ancho de una mesa. Es posible que<br />
al usar instrumentos cada vez más precisos empecemos a notar las<br />
irregularidades típicas del corte de los bordes o, al ir aun más allá,<br />
finalmente detectemos la naturaleza atómica o molecular del material<br />
que la constituye. Es claro que en ese punto la anchura dejará de estar<br />
bien definida. En la práctica, es posible que mucho antes de estos casos<br />
límites, la falta de paralelismo en sus bordes haga que el concepto del<br />
“ancho de la mesa” comience a hacerse cada vez menos definido, y a esta<br />
limitación intrínseca la denominamos incerteza intrínseca o falta de<br />
definición del ancho en cuestión.<br />
Otro ejemplo sería el caso en que se cuenta la cantidad de partículas alfa<br />
emitidas por una fuente radioactiva en 5 segundos. Sucesivas mediciones<br />
arrojarán diversos resultados (similares, pero en general distintos). En<br />
este caso, de nuevo, estamos frente a una manifestación de una incerteza<br />
intrínseca asociada a esta magnitud “número de partículas emitidas en<br />
5 s”, más que al error de los instrumentos o del observador.<br />
Otra fuente de error que se origina en los instrumentos, además de la<br />
precisión, es la exactitud de los mismos. Como vimos, la precisión de un<br />
instrumento o un método de medición están asociados a la sensibilidad<br />
o menor variación de la magnitud que se pueda detectar con dicho<br />
instrumento o método. Así, decimos que un tornillo micrométrico (con<br />
una apreciación nominal de 10 mm) es más preciso que una regla<br />
graduada en milímetros; o que un cronómetro es más preciso que un<br />
reloj común, etc.<br />
La exactitud de un instrumento o método de medición está asociada a<br />
la calidad de la calibración del mismo. Imaginemos que el cronómetro<br />
que usamos es capaz de determinar la centésima de segundo pero adelanta<br />
dos minutos por hora, mientras que un reloj de pulsera común no lo<br />
hace. En este caso decimos que el cronómetro es todavía más preciso<br />
que el reloj común, pero menos exacto. La exactitud es una medida de<br />
178
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
la calidad de la calibración de nuestro instrumento respecto de patrones<br />
de medida aceptados internacionalmente. En general, los instrumentos<br />
vienen calibrados, pero dentro de ciertos límites. Es deseable que la<br />
calibración de un instrumento sea tan buena como la apreciación del<br />
mismo. Decimos que conocemos el valor de una magnitud dada en la<br />
medida en que conocemos sus errores. En ciencia consideramos que la<br />
medición de una magnitud con un cierto error no significa que se haya<br />
cometido una equivocación o que se haya realizado una mala medición.<br />
Con la indicación del error de medición expresamos, en forma cuantitativa<br />
y lo más precisamente posible, las limitaciones que nuestro proceso de<br />
medición introduce en la determinación de la magnitud medida.<br />
4.1. Clasificación de los errores<br />
Existen varias formas de clasificar y expresar los errores de medición.<br />
Según su origen, los errores pueden clasificarse del siguiente modo:<br />
I. Errores introducidos por el instrumento:<br />
• Error de apreciación, ap: si el instrumento está correctamente<br />
calibrado la incertidumbre que tendremos al realizar una medición<br />
estará asociada a la mínima división de su escala o a la mínima división<br />
que podemos resolver con algún método de medición. Nótese que<br />
no decimos que el error de apreciación es la mínima división del<br />
instrumento, sino la mínima división que es discernible por el<br />
observador. La mínima cantidad que puede medirse con un<br />
instrumento dado la denominamos apreciación nominal. El error de<br />
apreciación puede ser mayor o menor que la apreciación nominal,<br />
dependiendo de la habilidad (o falta de ella) del observador. Así, es<br />
posible que un observador entrenado pueda apreciar con una regla<br />
común fracciones del milímetro mientras que otro observador, con<br />
la misma regla pero con dificultades de visión sólo pueda apreciar<br />
2 mm.<br />
• Error de exactitud, exac: representa el error absoluto con el que el<br />
instrumento en cuestión ha sido calibrado.<br />
II. Error de interacción, int:<br />
Esta incerteza proviene de la interacción del método de medición<br />
con el objeto a medir. Su determinación depende de la medición<br />
que se realiza y su valor se estima de un análisis cuidadoso del método<br />
usado.<br />
III. Falta de definición en el objeto sujeto a medición, def:<br />
Como se dijo antes, las magnitudes a medir no están definidas con<br />
179
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
infinita precisión. Tenemos que designamos la incertidumbre asociada<br />
con la falta de definición del objeto a medir y representa su<br />
incertidumbre intrínseca.<br />
En general, en un dado experimento, todas estas fuentes de incertidumbres<br />
estarán presentes, de modo que resulta útil definir el error nominal de<br />
una medición nom,: como<br />
Este procedimiento de sumar los cuadrados de los errores es un resultado<br />
de la estadística, y proviene de suponer que todas las distintas fuentes de<br />
error son independientes unas de otras.<br />
Según el carácter, los errores pueden clasificarse en sistemáticos, estadísticos<br />
e ilegítimos o espurios.<br />
I. Errores sistemáticos: se originan por las imperfecciones de los métodos<br />
de medición. Por ejemplo, pensemos en un reloj que atrasa o adelanta,<br />
o en una regla dilatada, el error de paralaje, etc. Los errores<br />
introducidos por estos instrumentos o métodos imperfectos afectarán<br />
a nuestros resultados siempre en un mismo sentido. El valor de exac<br />
sería un ejemplo de error sistemático pero no son lo mismo, ni los<br />
errores de exactitud son los únicos responsables de los errores<br />
sistemáticos.<br />
II. Errores estadísticos: Son los que se producen al azar. En general, son<br />
debidos a causas múltiples y fortuitas. Ocurren cuando, por ejemplo,<br />
nos equivocamos en contar el número de divisiones de una regla, o<br />
si estamos mal ubicados frente al fiel de una balanza. Estos errores<br />
pueden cometerse con igual probabilidad por defecto como por<br />
exceso. Por tanto, midiendo varias veces y promediando el resultado,<br />
es posible reducirlos considerablemente. Es a este tipo de errores a<br />
los que comúnmente hace referencia la teoría estadística de errores<br />
de medición que formularemos sucintamente en lo que sigue. A estos<br />
errores lo designaremos est.<br />
III. Errores ilegítimos o espurios: Supongamos que deseamos calcular el<br />
volumen de un objeto esférico y para ello determinamos su diámetro.<br />
Si al introducir el valor del diámetro en la fórmula, nos equivocamos<br />
en el número introducido, o lo hacemos usando unidades incorrectas,<br />
o bien usamos una expresión equivocada del volumen, claramente<br />
habremos cometido un error. Esta vez este error está más asociado<br />
al concepto convencional de equivocación. A este tipo de errores los<br />
designamos como ilegítimos o espurios. A este tipo de errores no se<br />
aplica la teoría estadística de errores y el modo de evitarlo consiste<br />
180
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
en una evaluación cuidadosa de los procedimientos realizados en la<br />
medición.<br />
Cuando se desea combinar los errores sistemáticos con los estadísticos,<br />
la prescripción usual es sumar los cuadrados de los errores absolutos y<br />
luego tomar la raíz cuadrada de este resultado, como lo indica la ecuación<br />
siguiente. Si estamos midiendo una magnitud Z, el error final o combinado<br />
o efectivo de Z, Z, vendrá dado por:<br />
Los errores pueden asimismo expresarse de distintos modos, a saber:<br />
I. Error absoluto: es el valor de la incertidumbre combinada. Tiene las<br />
mismas dimensiones que la magnitud medida y es conveniente<br />
expresarla con las mismas unidades de ésta. Si Z es la magnitud en<br />
estudio, Z es el mejor valor obtenido y DZ su incertidumbre absoluta.<br />
El resultado se expresa adecuadamente como:<br />
El significado de esta notación es equivalente a decir que, según<br />
nuestra medición, con una cierta probabilidad razonable p0<br />
(usualmente p0 = 0.68, 68%) el valor de Z está contenido en el<br />
intervalo<br />
lo que es equivalente a:<br />
que significa que la probabilidad que el mejor estimador de Z esté<br />
comprendido entre Z - Z y Z + Z es igual a p0. El valor de p0 se<br />
conoce con el nombre de coeficiente de confianza y los valores ( Z<br />
- Z , Z + Z) determinan un intervalo de confianza para Z.<br />
II. Error relativo:, Z = Z/Z el cociente entre el error absoluto y el<br />
mejor valor de la magnitud.<br />
III. Error relativo porcentual :, Z% = 100. Z , es la incertidumbre relativa<br />
multiplicada por 100.<br />
181
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
4.2. Cifras siginificativas<br />
Cuando realizamos una medición con una regla graduada en milímetros,<br />
está claro que, si somos cuidadosos, podremos asegurar nuestro resultado<br />
hasta la cifra de los milímetros o, en el mejor de los casos, con una<br />
fracción del milímetro, pero no más. De este modo nuestro resultado<br />
podría ser L = (95.2 ± 0.5) mm, o bien L = (95 ± 1) mm. En el primer<br />
caso decimos que nuestra medición tiene tres cifras significativas y en el<br />
segundo caso sólo dos. El número de cifras significativas es igual al<br />
número de dígitos contenidos en el resultado de la medición que están<br />
a la izquierda del primer dígito afectado por el error, incluyendo este<br />
dígito. El primer dígito, o sea el que está más a la izquierda, es el más<br />
significativo (9 en nuestro caso) y el último (más a la derecha) el menos<br />
significativo, ya que es en el que tenemos “menos seguridad”. Nótese<br />
que carece de sentido incluir en nuestro resultado de L más cifras que<br />
aquellas en donde tenemos incertidumbres (donde “cae” el error).<br />
No es correcto expresar el resultado como L = (95.321 ±1) mm, ya que<br />
si tenemos incertidumbre del orden de 1 mm, mal podemos asegurar el<br />
valor de las décimas, centésimas y milésimas del milímetro. Si el valor de<br />
L proviene de un promedio y el error es del orden del milímetro, se<br />
debe redondear el dígito donde primero cae el error.<br />
Es usual expresar las incertidumbres con una sola cifra significativa, y<br />
sólo en casos excepcionales y cuando existe fundamento para ello, se<br />
pueden usar más. También es usual considerar que la incertidumbre en<br />
un resultado de medición afecta a la última cifra si es que no se la indica<br />
explícitamente. Por ejemplo, si sólo disponemos de la información que<br />
una longitud es L = 95 mm, podemos suponer que la incertidumbre es<br />
del orden del milímetro y, como dijimos antes, el resultado de L tiene<br />
dos cifras significativas.<br />
Una posible fuente de ambigüedad se presenta con el número de cifras<br />
significativas cuando se hace un cambio de unidades. Si en el último<br />
ejemplo deseamos expresar L en mm, el resultado sería L = (95000±1000)<br />
m. ¿Cuántas cifras significativas tenemos en este resultado? Claramente<br />
dos, igual que antes, ya que la última cifra significativa sigue siendo 5.<br />
Sin embargo, si no indicamos explícitamente la incertidumbre de L, es<br />
difícil saber cuántas cifras significativas tenemos. Nótese que 95 mm ≠<br />
95000 m, ya que el primer resultado tiene sólo dos cifras significativas<br />
mientras el segundo tiene 5 (a propósito compare el coste de los<br />
instrumentos para realizar estas dos clases de determinaciones). Para<br />
evitar estas ambigüedades se emplea la notación científica. Podemos<br />
escribir la siguiente igualdad: 9.5 x10 1 mm =9.5 x 10 4 m. Notemos que<br />
los números en ambos miembros de la igualdad tienen igual número<br />
de cifras significativas, siendo la única diferencia las unidades usadas.<br />
182
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
4.3. Proceso de medida<br />
En el proceso de medida, como ya sabemos, siempre se perturba lo que<br />
vamos a medir y, en consecuencia, obtenemos un valor real alterado. A<br />
continuación resumiremos los pasos a seguir para medir una magnitud<br />
física:<br />
• Comprobar la calibración del aparato.<br />
• Cumplir las normas de utilización del fabricante del aparato en cuanto<br />
a conservación y condiciones de uso.<br />
• Conocer y valorar la sensibilidad del aparato para dar los resultados<br />
con la correspondiente precisión.<br />
• Anotar cuidadosamente los valores obtenidos en tablas.<br />
• Realizar la gráfica que corresponda o la de distribución de medidas.<br />
• Hallar el valor representativo, su error absoluto y su error relativo.<br />
183
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
RESUMEN<br />
Las magnitudes fundamentales del Sistema Internacional a partir de las<br />
cuales se obtienen el resto magnitudes derivadas son:<br />
• Unidad de Longitud: El metro.<br />
• Unidad de Masa: El kilogramo (kg).<br />
• Unidad de Tiempo: El segundo (s).<br />
• Unidad de Corriente Eléctrica: El amperio (A).<br />
• Unidad de Temperatura Termodinámica: El Kelvin (K).<br />
• Unidad de Intensidad Luminosa: La candela (cd).<br />
• Unidad de Cantidad de Sustancia: El mol.<br />
La clasificación de los aparatos de medida, atendiendo a las distintas<br />
variables a cuantificar, se clasifican en:<br />
• Dimensionales:<br />
• Termodinámicos.<br />
• Eléctricos.<br />
• Tiempo y Frecuencia.<br />
• Mecánica.<br />
• Óptica.<br />
• Eléctricos.<br />
• Acústica y Vibraciones.<br />
• Metrología química.<br />
• Radiaciones ionizantes.<br />
Los aparatos de medida más utilizados en las labores de mantenimiento<br />
de las instalaciones de sistemas frigoríficos son:<br />
• Manómetro, de glicerina y para isobutano.<br />
• Analizadores con manómetros de alta y baja.<br />
• Báscula de carga de refrigerante.<br />
• Termómetros.<br />
• Medidor de tenazas.<br />
• Voltímetro.<br />
• Detector de fugas.<br />
• Control de calidad de líquidos o de aire.<br />
185
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
• Detector de acidez del circuito.<br />
En los procesos de medición se debe tener en cuenta:<br />
• La comprobación la calibración del aparato.<br />
• Cumplir las normas de utilización del fabricante del aparato en cuanto<br />
a conservación y condiciones de uso.<br />
• Conocer y valorar la sensibilidad del aparato para dar los resultados<br />
con la correspondiente precisión.<br />
• Anotar cuidadosamente los valores obtenidos en tablas.<br />
• Realizar la gráfica que corresponda o la de distribución de medidas.<br />
• Hallar el valor representativo, su error absoluto y su error relativo.<br />
Los puntos a medir durante el funcionamiento de prueba de las<br />
instalaciones frigoríficas son los siguientes:<br />
• Corriente de funcionamiento y voltaje.<br />
• Medición de la presión:<br />
- Presión de descarga.<br />
- Presión de aspiración.<br />
• Temperatura<br />
- Temperatura de aire de salida (o de agua) del condensador y del<br />
evaporador.<br />
- Temperatura de aire de entrada (o de agua) del condensador y<br />
del evaporador.<br />
- Temperatura de gas de descarga.<br />
- Temperatura de gas de aspiración.<br />
- Temperatura de líquido antes de la válvula de expansión.<br />
Mediante el análisis de las mediciones obtenidas podemos identificar las<br />
causas de posibles averías y fallos de funcionamiento.<br />
186
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
GLOSARIO<br />
Aire: Mezcla de gases que rodea a la tierra, compuesto mayoritariamente<br />
por nitrógeno (N2 ) y oxígeno(O2 ).<br />
Aislamiento (eléctrico): Sustancia que casi no tiene electrones libres; lo<br />
anterior hace que sea pobre en la conducción de la corriente eléctrica.<br />
Aislamiento (térmico): Material que es pobre conductor de calor; por lo<br />
que se usa para retardar o disminuir el flujo de calor. Algunos materiales<br />
aislantes son corcho, fibra de vidrio, elásticos espumados (poliuretano<br />
y poliestireno), etc.<br />
Amperaje: Flujo de electrones (corriente) de un Coulomb por segundo,<br />
que pasa por un punto dado de un circuito.<br />
Anemómetro: Instrumento utilizado para medir la proporción del flujo<br />
o movimiento (velocidad) del aire.<br />
Bar: Unidad de presión absoluta. Un bar equivale a 100 kPa (0.9869<br />
atmósferas).<br />
Barómetro: Instrumento para medir la presión atmosférica.<br />
Bimetal: Dispositivo para regular o indicar temperatura. Funciona sobre<br />
el principio de que dos metales disímiles, con proporciones de expansión<br />
diferentes, al soldarlos juntos, se doblan con los cambios de temperatura.<br />
Bulbo sensor: Parte de un dispositivo con un fluido sellado, que reacciona<br />
a los cambios de temperatura. Se usa para medir temperaturas o para<br />
controlar mecanismos.<br />
Bulbo sensor de temperatura: Bulbo que contiene un fluido volátil y un<br />
diafragma. El aumento de temperatura en el bulbo causa que el diafragma<br />
se expanda.<br />
Calibrar: Posicionar indicadores por comparación con un estándar o por<br />
otros medios, para asegurar mediciones precisas.<br />
Calor: Forma de energía que actúa sobre las sustancias para elevar su<br />
temperatura; energía asociada con el movimiento al azar de las moléculas.<br />
Caloría: Unidad para medir el calor en el sistema métrico. Equivale a la<br />
cantidad de calor que se requiere, para elevar la temperatura de un<br />
gramo de agua en un grado centígrado. 1000 calorías = 1 kcal.<br />
Calorímetro: Dispositivo utilizado para medir cantidades de calor o para<br />
determinar calores específicos.<br />
Calor, intensidad del: Concentración de calor en una sustancia, indicada<br />
por la temperatura de la misma, mediante el uso de un termómetro.<br />
187
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
Carga de refrigerante: Cantidad de refrigerante colocada en un sistema<br />
de refrigeración.<br />
Centígrada, escala: Escala de temperatura usada en el sistema métrico.<br />
Conductividad: Habilidad de una sustancia para conducir o transmitir<br />
calor y/o electricidad.<br />
Conductor: Sustancia o cuerpo capaz de transmitir electricidad o calor.<br />
Corriente: Transferencia de energía eléctrica en un conductor, por medio<br />
del cambio de posición de los electrones.<br />
Corriente alterna: Corriente eléctrica en la cual se invierte o se alterna<br />
el sentido del flujo. En una corriente de 60 ciclos (Hertz), el sentido del<br />
flujo se invierte cada 1/120 de segundo.<br />
Corriente continua: Flujo de electrones que se mueve continuamente<br />
en un sentido en el circuito.<br />
Coulomb: Cantidad de electricidad transferida por una corriente eléctrica<br />
de un amperio en un segundo.<br />
Energía: Habilidad real o potencial de efectuar trabajo.<br />
Instrumento: Dispositivo que tiene habilidades para registrar, indicar,<br />
medir y/o controlar.<br />
Intensidad del calor: Concentración de calor en una sustancia, como se<br />
indica por la temperatura de esa sustancia, mediante el uso de un<br />
termómetro.<br />
Higrómetro: Instrumento utilizado para medir el grado de humedad en<br />
la atmósfera.<br />
Joule (J): Unidad de energía del Sistema Internacional (SI). Un Joule<br />
equivale al trabajo realizado por la fuerza de un Newton, cuando el punto<br />
de aplicación se desplaza una distancia de un metro, en dirección de la<br />
fuerza.<br />
Kilocaloría: Unidad de energía y trabajo, equivalente a mil calorías.<br />
Manómetro: Instrumento para medir presiones de gases y vapores. Es<br />
un tubo de vidrio (o plástico) en forma de "U", con una cantidad de<br />
líquido (agua o mercurio) y los extremos abiertos.<br />
Newton: Unidad de fuerza del Sistema Internacional (SI), equivalente<br />
a la fuerza ejercida sobre un objeto que tiene una masa de un kilogramo,<br />
y una aceleración gravitacional de 1 m/seg2 .<br />
Ohm: Unidad de medición de la resistencia eléctrica. Un ohm existe<br />
cuando un voltio causa un flujo de un ampere.<br />
Óhmetro: Instrumento para medir la resistencia eléctrica en ohms.<br />
188
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
Ohm, Ley de: Relación matemática entre el voltaje, la corriente y la<br />
resistencia en un circuito eléctrico, descubierta por George Simon Ohm.<br />
Se establece como sigue: el voltaje (V) es igual a la corriente en amperes<br />
(I), multiplicada por la resistencia (R) en ohms; V = I x R.<br />
Pascal (Pa): Unidad de presión absoluta en el sistema internacional (SI);<br />
es igual a la fuerza de un Newton ejercida sobre una superficie de un<br />
m2 ; Pa = N/m2 . Para algunos fines científicos o prácticos, el Pascal puede<br />
resultar una unidad muy pequeña, por lo que entonces se utiliza el<br />
kiloPascal (kPa) o el BAR. 1 kPa = 1,000 Pa y 1 BAR = 100 kPa.<br />
Presión: Energía impactada sobre una unidad de área. Fuerza o empuje<br />
sobre una superficie.<br />
Presión absoluta: Es la suma de la presión manométrica más la presión<br />
atmosférica.<br />
Presión atmosférica: Presión que ejerce el aire atmosférico sobre la tierra.<br />
Se mide en kPa, mm de Hg, kg/cm2 , lb/pulg2 , etc. Al nivel del mar, tiene<br />
un valor de 101.325 kPa (14.696 lb/pulg2 ).<br />
Psicrómetro: Instrumento para medir la humedad relativa del aire.<br />
Resistencia: Oposición al flujo o movimiento. Coeficiente de fricción.<br />
Resistencia eléctrica (R): La dificultad que tienen los electrones para<br />
moverse a través de un conductor o sustancia.<br />
Sensor: Material o dispositivo que sufre cambio en sus características<br />
físicas o electrónicas, al cambiar las condiciones circundantes.<br />
Sistema de unidades SI: Sistema de mediciones derivado del sistema<br />
métrico decimal.<br />
Sistema Métrico Decimal: Sistema decimal de mediciones.<br />
Temperatura: 1- Intensidad de calor o frío, tal como se mide con un<br />
termómetro. 2- Medición de la velocidad del movimiento de las moléculas.<br />
Termómetro: Instrumento para medir temperaturas.<br />
Termostato: Dispositivo que detecta las condiciones de la temperatura<br />
ambiente, y a su vez, acciona para controlar un circuito.<br />
Trifásico: Que opera por medio de la combinación de tres circuitos de<br />
corriente alterna, los cuales difieren en fase por un tercio de ciclo.<br />
Tubo de Bourdon: Tubo de metal elástico, aplanado, de paredes delgadas<br />
y doblado en forma circular, el cual tiende a enderezarse al aumentar<br />
la presión dentro del mismo. Se utiliza en manómetros.<br />
Tubo capilar: Tubo de diámetro interior pequeño, que se utiliza para<br />
controlar el flujo de refrigerante hacia el evaporador. Se utiliza,<br />
generalmente, en sistemas de refrigeración pequeños, tales como<br />
189
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
refrigeradores domésticos, unidades de aire acondicionado de ventana,<br />
etc.<br />
Tubo de Pitot: Tubo utilizado para medir velocidades del aire.<br />
Vacío: Presión menor que la atmosférica.<br />
Vacuómetro: Instrumento para medir vacío muy cercano al vacío perfecto.<br />
Voltaje: 1- Término empleado para indicar el potencial eléctrico o fem<br />
en un circuito eléctrico. 2- Presión eléctrica que causa que fluya una<br />
corriente. 3- Fuerza electromotriz (fem).<br />
Voltímetro: Instrumento para medir voltaje en un circuito eléctrico.<br />
Volumen específico: Volumen por unidad de masa de una sustancia<br />
(m3 /kg).<br />
Watt (W)/ Watio: Unidad de potencia, equivale a la potencia producida<br />
al realizar un trabajo de 1 Joule por segundo (1 Watt = 1 J/s).<br />
190
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
1. ¿Cuáles son las magnitudes fundamentales y unidades en el Sistema<br />
Internacional?<br />
2. Citar los distintos sistemas de medida.<br />
3. ¿Cómo pueden clasificarse los aparatos de medida atendiendo a las<br />
variables a cuantificar?<br />
4. ¿Cuáles son las principales ventajas de los aparatos de medida digitales<br />
frente a los convencionales?<br />
5. ¿Cuál es la función de los manómetros y qué tipos podemos encontrar?<br />
6. ¿Qué tres funciones desempeñan los analizadores con manómetros<br />
de alta y baja?<br />
7. ¿Cuáles son los aparatos de medida eléctricos más utilizados en las<br />
instalaciones frigoríficas?<br />
8. ¿Cómo se detecta la acidez dentro del circuito y cómo se debe proceder<br />
para eliminarla?<br />
9. ¿Cómo podemos clasificar los errores de medida?<br />
10. ¿Qué significado tiene la expresión cifras significativas?<br />
11. ¿Cuáles son los pasos a seguir para medir una magnitud física?<br />
12. ¿Cuáles son los puntos comunes a verificar en una instalación<br />
frigorífica?<br />
13. Citar las causas probables para una medición que da una temperatura<br />
de la línea de descarga demasiado baja.<br />
14. El resultado de una medición indica que la presión de aspiración es<br />
excesiva citar las posibles causas.<br />
191
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA<br />
BIBLIOGRAFÍA<br />
Alarcón Creus, José: Tratado Práctico de Refrigeración Automática, 12ª edición<br />
ampliada y puesta al día con la inclusión de los nuevos refrigerantes HFC<br />
sin cloro, Barcelona: Edit. Marcombo, S.A., 1998.<br />
Amigo, P.: Termotecnia. Aplicaciones Industriales, Editorial Mundi-Prensa,<br />
1999.<br />
Balboa, Joan: Manual de Instalaciones Frigoríficas, 2ª Edición, Barcelona:<br />
Edit. Ediciones Ceysa, 2003.<br />
Cano, G.: Manual para la Operación y Funcionamiento de Almacenes Frigoríficos<br />
de Productos Cárnicos, Editorial FAO, 1991.<br />
López, A.: Las Instalaciones Frigoríficas en las Industrias Agroalimentarias,<br />
Madrid: Ediciones A. Madrid Vicente / Mundi-prensa libros, S.A., 1994.<br />
Maestre Albert, Joaquín; Melgarejo Moreno, Pablo; y otros / Colegio<br />
Oficial de Ingenieros Agrónomos de Murcia: Curso de Ingeniería del frío,<br />
Madrid: Ediciones A. Madrid Vicente, 1993.<br />
Manual técnico Valycontrol, 1996, distribuido por Valycontrol S.A.<br />
Ramírez, Carlos Mario; García, Mateo Miguel; García García, Ceferino:<br />
Termodinámica, Derechos reservados respecto a la primera edición en<br />
español por McGRAW-HILL INTERAMERICANA DE MÉXICO, S.A. de<br />
C.V.<br />
Rapin, P.: Prontuario del Frío, Tercera Edición traducida y ampliada de la<br />
tercera edición francesa, Edit. Editores Técnicos Asociados, 1994.<br />
Rapin, P.; Jacquard, P. J.: Instalaciones frigoríficas. Tomo 1 Física Aplicada,<br />
Barcelona: Edit. Marcombo Boixareu Editores, 1997.<br />
Sánchez y Pineda de las Infantas, Mª Teresa: Ingeniería del frío: Teoría y<br />
Práctica, Madrid: Edit. A. Madrid Vicente/ Mundi-prensa libros, S.A.,<br />
2001.<br />
Segura Clavell, José: Termodinámica Técnica, Barcelona: Edit. Reverté S.A.,<br />
1993.<br />
193
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS<br />
FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 3 INTERPRETACIÓN DE PLANOS<br />
M 1 / UD 3
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 3 INTERPRETACIÓN DE PLANOS<br />
ÍNDICE<br />
Introducción.................................................................................. 199<br />
Objetivos........................................................................................ 201<br />
1. Tipología de planos ................................................................ 203<br />
2. Simbología............................................................................... 204<br />
2.1. Aparatos eléctricos ........................................................... 204<br />
2.2. Aparatos principales......................................................... 206<br />
2.3. Aparatos anexos ............................................................... 210<br />
2.4. Aparatos de alimentación................................................ 213<br />
2.5. Aparatos diversos.............................................................. 215<br />
Resumen ........................................................................................ 217<br />
Glosario.......................................................................................... 219<br />
Cuestionario de Autoevaluación.................................................. 225<br />
Bibliografía .................................................................................... 227<br />
197
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 3 INTERPRETACIÓN DE PLANOS<br />
INTRODUCCIÓN<br />
Un plano es la representación, en formato papel o digital, de la instalación<br />
y de sus componentes. La tipología de planos es prácticamente ilimitada.<br />
En instalaciones frigoríficas la tipología de planos habituales va desde<br />
los planos de montaje de los componentes, <strong>equipos</strong> e instalación completa<br />
hasta los planos de mantenimiento de cada una de esas unidades, pasando<br />
por los esquemas de conexión y funcionamiento.<br />
Un plano se compone del marco, el cajetín, la o las leyendas y la<br />
representación en sí. El marco separa los límites exteriores del elemento<br />
de la representación, formando un borde alrededor de la misma. Es<br />
conveniente que muestre una ordenación de la representación a modo<br />
de cuadrícula (numerando las casillas horizontales con letras<br />
- A, B ,C ,…- y las verticales con números -1 ,2 ,3,…-, por ejemplo) para<br />
poder hacer referencia a los elementos representados en su interior sin<br />
que existan confusiones (por ejemplo, referirse a una válvula de las<br />
muchas existentes en la instalación como la válvula ubicada en H-3).<br />
El cajetín es la zona del plano reservada para la identificación del mismo.<br />
En el cajetín debe aparecer:<br />
• El nombre, el código del plano y la instalación al que pertenece.<br />
• El autor.<br />
• La fecha de creación o modificación.<br />
• La escala gráfica.<br />
En la leyenda se describe la simbología utilizada en la representación y<br />
permite el entendimiento de la misma. Realiza la asociación de cada<br />
símbolo con el elemento que representa. Es conveniente que la simbología<br />
utilizada se corresponda con la simbología recomendada por la<br />
reglamentación pertinente.<br />
199
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 3 INTERPRETACIÓN DE PLANOS<br />
OBJETIVOS<br />
En la presente unidad didáctica se persigue:<br />
• Conocer los distintos tipos de planos con los que se trabaja en las<br />
instalaciones frigoríficas.<br />
• Distinguir entre los planos de piezas, componentes y de instalaciones<br />
completas.<br />
• Reconocer en los planos los elementos y partes de la instalación que<br />
precisan labores de control y mantenimiento especiales.<br />
• Familiarizarse con la simbología usada en las representaciones.<br />
201
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 3 INTERPRETACIÓN DE PLANOS<br />
1. TIPOLOGÍA DE PLANOS<br />
En una instalación de refrigeración se trabaja con:<br />
• Planos de componentes de máquinas y <strong>equipos</strong>.<br />
• Planos de conjuntos de máquinas y <strong>equipos</strong>.<br />
• Planos de mantenimiento.<br />
Los planos de componentes de máquinas y <strong>equipos</strong> consisten en despieces<br />
de los mismos.<br />
En los planos de conjuntos de máquinas y <strong>equipos</strong> se grafía la totalidad<br />
de elementos que componen la instalación, conectados entre sí mediante<br />
las tuberías, conductos o elementos de unión correspondientes. Los<br />
elementos componentes se representan mediante sus símbolos<br />
normalizados; no se detalla, en este tipo de planos, el despiece de cada<br />
equipo.<br />
Los esquemas de funcionamiento de la instalación se incluyen dentro<br />
de los planos de conjunto.<br />
Los planos de mantenimiento son representaciones de la instalación que<br />
ayudan a realizar las labores de mantenimiento. Suelen acompañar a las<br />
hojas de mantenimiento (que se definirán en el tema correspondiente<br />
a Mantenimiento y Reparación de <strong>equipos</strong>).<br />
En este tipo de plano se detallan, dibujan o describen las tareas que debe<br />
realizar el técnico durante su estancia en la instalación. Según el tipo de<br />
instalación, el plano puede presentar cuadrículas o espacios a rellenar<br />
por el técnico, donde indique el resultado de las mediciones realizadas,<br />
la conformidad de los niveles revisados, las observaciones generales del<br />
estado de la instalación,…<br />
En las figuras siguientes se muestran ejemplos de cada uno de los tipos<br />
de planos presentados.<br />
203
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 3 INTERPRETACIÓN DE PLANOS<br />
2. SIMBOLOGÍA<br />
El Reglamento de Seguridad para Plantas e Instalaciones Frigoríficas<br />
(aprobado por el Real Decreto 3099/1977, de septiembre) y sus<br />
instrucciones técnicas complementarias MI IF (Orden de 24 de enero<br />
de 1978) desarrollan la normativa que rige este tipo de plantas.<br />
En su instrucción complementaria MI IF 017 “Símbolos a utilizar en<br />
esquemas de elementos de <strong>equipos</strong> frigoríficos” se describe una completa<br />
simbología a conocer. En el presente apartado se presentan dichos<br />
símbolos.<br />
2.1. Aparatos Eléctricos<br />
SÍMBOLO DESIGNACIÓN<br />
Corriente alterna<br />
SÍMBOLO<br />
Aparatos que pueden usarse<br />
de modo independiente con<br />
corriente alterna o continua<br />
Neutro<br />
Corriente continua de 2<br />
conductores a 110V<br />
Polaridad positiva<br />
Devanado trifásico, conexión<br />
triángulo<br />
Devanado trifásico, conexión<br />
estrella<br />
204<br />
DESIGNACIÓN<br />
Corriente continua<br />
Corriente ondulada o<br />
rectificada (trifásica,<br />
frecuencia 50 Hz y 230<br />
V de tensión)<br />
Corriente alterna trifásica<br />
con neutro distribuido<br />
(frecuencia 50 Hz y 400<br />
V de tensión)<br />
Corriente continua de 3<br />
conductores a 110V<br />
Polaridad negativa<br />
Devanado trifásico,<br />
conexión triángulo abierto<br />
Devanado trifásico,<br />
conexión estrella con<br />
neutro accesible
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 3 INTERPRETACIÓN DE PLANOS<br />
SÍMBOLO DESIGNACIÓN<br />
Incorporación de uno o varios<br />
conductores en un haz<br />
SÍMBOLO<br />
Impedancia<br />
Condensador<br />
Masa o toma de masa<br />
Bornes de conexión<br />
Motor de corriente continua<br />
Motor de inducción trifásico con<br />
rotor cortocircuitado<br />
Motor de inducción trifásico con<br />
rotor con anillos<br />
Transformador con dos<br />
devanados separados<br />
205<br />
DESIGNACIÓN<br />
Cruce de dos conductores<br />
sin conexión eléctrica<br />
Cruce de dos conductores<br />
con conexión eléctrica<br />
Resistencia<br />
Resistencia no reactiva<br />
Inductancia<br />
Tierra o toma de tierra<br />
Masa puesta a tierra<br />
Motor<br />
Motor de corriente<br />
alterna<br />
Motor de inducción<br />
trifásico con rotor<br />
cortocircuitado y 6 bornes<br />
de salida del estátor<br />
Motor de inducción<br />
trifásico con estátor en<br />
estrella y arranque<br />
automático en el rótor<br />
Autotransformador
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 3 INTERPRETACIÓN DE PLANOS<br />
SÍMBOLO DESIGNACIÓN<br />
SÍMBOLO<br />
Transformador con núcleo<br />
Contacto cerrado en reposo<br />
Contacto de conmutación<br />
bidireccional con posición neutral<br />
Interruptor tripolar<br />
Lámpara de señalización<br />
Bocina<br />
Sirena<br />
Acoplamiento mecánico<br />
Indicaciones del sentido de<br />
movimiento<br />
Mando electromagnético<br />
206<br />
DESIGNACIÓN<br />
Contacto abierto en<br />
reposo<br />
Contacto de conmutación<br />
bidireccional sin solape<br />
Interruptor unipolar<br />
Fusibles<br />
Indicador de contacto de<br />
alarma<br />
Timbre<br />
Regleta de terminales<br />
Acoplamiento mecánico<br />
si el espacio disponible<br />
es limitado<br />
Mando mecánico manual<br />
Mando mediante leva<br />
Mando mediante motor<br />
eléctrico<br />
Arrancador automático
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 3 INTERPRETACIÓN DE PLANOS<br />
SÍMBOLO DESIGNACIÓN<br />
SÍMBOLO<br />
Arrancador reostático<br />
Órgano de mando (bobina)<br />
Relé térmico trifásico<br />
Contactor con relé térmico de<br />
sobreintensidad<br />
Voltímetro<br />
Pulsador que interrumpe el<br />
contacto al pulsar<br />
207<br />
DESIGNACIÓN<br />
Arrancador reostático<br />
rotórico automático para<br />
motor asíncrono trifásico<br />
con arrancador directo y<br />
contadores para motor<br />
reversible<br />
Órgano de mando de un<br />
relé térmico<br />
Contactor trifásico<br />
Amperímetro<br />
Pulsador que establec el<br />
contacto al pulsar
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 3 INTERPRETACIÓN DE PLANOS<br />
2.2 Aparatos principales<br />
SÍMBOLO DESIGNACIÓN<br />
SÍMBOLO<br />
Compresor<br />
Compresor alternativo<br />
Conjunto motor-compresor a<br />
pistón (acoplamiento directo)<br />
Conjunto motor –compresor<br />
rotativo (acoplamiento directo)<br />
Conjunto motor-compresor<br />
rotativo (hermético, hermético<br />
desmontable)<br />
Condensador por aire con<br />
convección forzada<br />
Condensador por agua multipolar<br />
horizontal o vertical<br />
Evaporador de aire con<br />
convección forzada<br />
Condensador de lluvia<br />
Torre de enfriamiento con<br />
economizador de agua<br />
Evaporador de líquido de tipo<br />
inundado<br />
208<br />
DESIGNACIÓN<br />
Compresor rotativo<br />
Compresor centrífugo<br />
Conjunto motorcompresor<br />
a pistón<br />
(acoplamiento por<br />
correas)<br />
Conjunto motorcompresor<br />
a pistón<br />
(hermético, hermético<br />
accesible o<br />
semihermético)<br />
Condensador por aire con<br />
convección natural<br />
Condensador por agua de<br />
inmersión<br />
Evaporador de aire con<br />
convección natural<br />
Condensador por agua de<br />
doble tubo<br />
Condensador evaporativo<br />
de evaporación forzada<br />
Evaporador de líquido de<br />
tipo inundado<br />
Evaporador multipolar
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 3 INTERPRETACIÓN DE PLANOS<br />
SÍMBOLO DESIGNACIÓN<br />
SÍMBOLO<br />
Evaporador multipolar vertical<br />
Evaporador multitubular de<br />
expansión seca, tipo R22, R502<br />
Evaporador tipo techo<br />
Evaporador intermedio horizontal<br />
Compresor alternativo hermético<br />
Condensador de agua<br />
multitubular con reserva de<br />
líquido<br />
Batería refrigerante de agua fría<br />
o helada<br />
Batería de calentamiento<br />
eléctrica<br />
209<br />
DESIGNACIÓN<br />
Evaporador multitubular<br />
de expansión seca tipo<br />
NH3<br />
Evaporador tipo placa<br />
Evaporador intermedio<br />
vertical<br />
Compresor centrífugo<br />
Motor-compresor<br />
alternativo hermético<br />
Condensador de aire con<br />
convección forzada con<br />
conductos distribuidores<br />
Batería de calentamiento<br />
con agua caliente
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U.D. 3 INTERPRETACIÓN DE PLANOS<br />
2.3 Aparatos anexos<br />
SÍMBOLO DESIGNACIÓN<br />
SÍMBOLO<br />
Separador de aceite<br />
Recipiente de refrigerante líquido<br />
horizontal<br />
Separadores de líquido<br />
Filtros<br />
Visor de líquido<br />
Válvula recta manual<br />
Válvula de tres vías manual o<br />
válvula del compresor con toma<br />
de manómetro<br />
Válvula de retención<br />
Válvula de seguridad<br />
Empalmes roscados macho<br />
210<br />
DESIGNACIÓN<br />
Depósito decantador de<br />
aceite<br />
Recipiente de refrigerante<br />
líquido vertical<br />
Separador de líquido<br />
horizontal<br />
Deshidratador<br />
Intercambiador de calor<br />
Válvula ángulo manual<br />
Válvula manual<br />
Tubería<br />
Bridas<br />
Empalmes roscados<br />
hembra
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U.D. 3 INTERPRETACIÓN DE PLANOS<br />
SÍMBOLO DESIGNACIÓN<br />
SÍMBOLO<br />
Empalmes soldados<br />
Accionamiento mecánico y<br />
eléctrico<br />
Accionamiento por fluido auxiliar<br />
Válvula principal por<br />
accionamiento por piloto (indicar<br />
tipo de dispositivo)<br />
Accionamiento por contrapesos<br />
Rotámetro (caudalímetro para<br />
líquidos y gases)<br />
Venturi<br />
Filtro de aire<br />
Tramo de pulverizadores<br />
211<br />
DESIGNACIÓN<br />
Accionamiento a mano<br />
Accionamiento por el<br />
mismo fluido<br />
Unión por bridas<br />
Accionamiento por<br />
flotador<br />
Manómetro de líquido en<br />
“ U ”<br />
Diafragma<br />
Tubería aislada<br />
Resistencias de<br />
calentamiento<br />
Separadores de gotas
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 3 INTERPRETACIÓN DE PLANOS<br />
SÍMBOLO DESIGNACIÓN<br />
SÍMBOLO<br />
Recipiente de líquido con nivel<br />
reflector (fluidos halogenados)<br />
Purgador de aire automático<br />
Nivel de reflector<br />
Moto-bomba de líquido<br />
(hermético accesible)<br />
Compensador de dilatación de<br />
curva completa<br />
Unión por rácores roscados<br />
212<br />
DESIGNACIÓN<br />
Recipiente de líquido con<br />
nivel reflector (Amoniaco)<br />
Visor de líquido<br />
Bomba centrífuga de<br />
líquido<br />
Tubería accesible<br />
(amortiguador accesible)<br />
Compensador de<br />
dilatación en forma de lira
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 3 INTERPRETACIÓN DE PLANOS<br />
2.3 Aparatos de alimentación<br />
SÍMBOLO DESIGNACIÓN<br />
SÍMBOLO<br />
Válvula de expansión manual<br />
Válvula de expansión<br />
termostática<br />
Tubo de expansión capilar<br />
Válvula flotador alta presión<br />
Regulador de nivel<br />
Válvula presión constante<br />
Regulador de capacidad<br />
Válvula de estrangulamiento<br />
termostática<br />
Válvula electromagnética o de<br />
solenoide<br />
213<br />
DESIGNACIÓN<br />
Válvula de expansión<br />
automática<br />
Válvula de expansión<br />
termostática con<br />
igualador externo<br />
Distribuidor líquido<br />
(indicar número de<br />
salidas)<br />
Válvula flotador baja<br />
presión<br />
Válvula termostática de<br />
inyección<br />
Válvula de arranque<br />
Válvula de acción<br />
instantánea<br />
Válvula presostática de<br />
agua<br />
Válvula termostática de<br />
agua
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 3 INTERPRETACIÓN DE PLANOS<br />
SÍMBOLO DESIGNACIÓN<br />
SÍMBOLO<br />
Presostato (indicar alta o baja<br />
presión)<br />
Presostato diferencial de aceite<br />
o presostato de aceite<br />
Termostato con bulbo<br />
incorporado<br />
Termostato de evaporación<br />
214<br />
DESIGNACIÓN<br />
Presostato combinado de<br />
alta y baja presión<br />
Termostato bilámina<br />
Termostato con bulbo y<br />
capilar
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 3 INTERPRETACIÓN DE PLANOS<br />
2.5 Aparatos diversos<br />
SÍMBOLO DESIGNACIÓN<br />
SÍMBOLO<br />
Motor eléctrico<br />
Bomba centrífuga<br />
Ventilador helicoidal<br />
Bomba centrífuga accionado por<br />
correa<br />
Agitador de líquido<br />
Tapa de tanque o depósito<br />
Manómetros de:<br />
1) Baja presión<br />
2) Presión intermedia<br />
3) Alta presión<br />
Termómetro a distancia<br />
215<br />
DESIGNACIÓN<br />
Motor eléctrico, tipos de<br />
alimentación:<br />
1) Continua<br />
2) Monofásica<br />
3) Trifásica<br />
4) Polifásica<br />
Ventilador centrífugo<br />
Bomba centrífuga de<br />
acoplamiento directo<br />
Rampa de agua<br />
Tanque o depósito abierto<br />
Aislante térmico<br />
Termómetro
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 3 INTERPRETACIÓN DE PLANOS<br />
RESUMEN<br />
• Los planos son representaciones esquemáticas de la instalación y sus<br />
componentes.<br />
• Para la definición, montaje y mantenimiento de una instalación<br />
frigorífica se dispone de diversos tipos de planos:<br />
- Planos de componentes de máquinas y <strong>equipos</strong>.<br />
- Planos de conjuntos de máquinas y <strong>equipos</strong>.<br />
- Planos de mantenimiento.<br />
• Cada componente de una instalación frigorífica posee un símbolo<br />
asociado que hay que conocer para poder reconocerlo en los planos.<br />
217
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 3 INTERPRETACIÓN DE PLANOS<br />
GLOSARIO<br />
Bomba: Cualquiera de las diferentes máquinas que impulsan un gas o<br />
un líquido hacia fuera, o lo atraen de algo, por succión o por presión.<br />
Caja de conexiones: Caja o contenedor que cubre un grupo de terminales<br />
eléctricas.<br />
Cajetín: Lugar de un plano reservado para la identificación del mismo,<br />
de la instalación y proyecto del que forma parte, de su autor, de la escala<br />
de representación, de la fecha de creación y modificaciones posteriores.<br />
Compresor: Máquina en sistemas de refrigeración, hecha para succionar<br />
vapor del lado de baja presión en el ciclo de refrigeración, y comprimirlo<br />
y descargarlo hacia el lado de alta presión del ciclo.<br />
Compresor: Compresor en el que el cigüeñal se extiende a través del<br />
cárter, hacia afuera del compresor, movido por un motor externo.<br />
Comúnmente se le llama compresor de movimiento externo.<br />
Compresor alternativo: Compresor que funciona con un mecanismo de<br />
pistones y cilindros, para proporcionar una acción bombeante. Los<br />
pistones se mueven hacia adelante y hacia atrás dentro del cilindro, para<br />
comprimir el refrigerante.<br />
Compresor centrífugo: Máquina para comprimir grandes volúmenes de<br />
vapor, a una velocidad relativamente alta, usando relaciones de compresión<br />
pequeñas. La compresión está basada en una fuerza centrífuga de ruedas<br />
giratorias, con hojas tipo turbina.<br />
Compresor hermético: Unidad motocompresora en la que el motor<br />
eléctrico y el compresor, están montados en una flecha común, dentro<br />
de un casco de acero soldado. El motor eléctrico opera en la atmósfera<br />
de refrigerante.<br />
Compresor rotativo: Compresor con un cilindro y un rotor excéntrico<br />
interior, el cual gira dentro del cilindro. Las aletas deslizables dentro del<br />
rotor son las que comprimen el vapor durante la rotación.<br />
Compresor semihermético: Unidad motocompresora que opera igual<br />
que un compresor hermético, con la excepción de que no está totalmente<br />
sellado, sino que se pueden quitar las tapas de los extremos para darle<br />
servicio.<br />
Condensador: Componente del mecanismo de refrigeración que recibe<br />
del compresor vapor caliente a alta presión, enfriándolo y regresándolo<br />
luego a su estado líquido. El enfriamiento puede ser con aire o con agua.<br />
Condensador enfriado por agua: Intercambiador de calor, diseñado para<br />
transferir calor desde el refrigerante gaseoso al agua. Existen tres tipos:<br />
de casco y tubos, de casco y serpentín y de tubos concéntricos.<br />
219
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 3 INTERPRETACIÓN DE PLANOS<br />
Condensador enfriado por aire: Intercambiador de calor que transfiere<br />
calor al aire circundante. En estos condensadores, el vapor caliente de<br />
la descarga del compresor entra en los tubos, y el aire atmosférico circula<br />
por fuera de los tubos, los cuales, generalmente, son del tipo aletado.<br />
Condensador evaporativo: Condensador que combina un condensador<br />
atmosférico, con una torre de enfriamiento de tiro forzado. El haz de<br />
tubos se encuentra dentro de la torre. El agua es rociada sobre los tubos,<br />
y el aire forzado enfría el agua y los tubos. Parte del agua se evapora y<br />
enfría el resto del agua, reduciendo el consumo de ésta.<br />
Control de alta presión: Dispositivo utilizado para evitar que la presión<br />
de evaporación del lado de alta, exceda cierta presión.<br />
Control de baja presión: Dispositivo utilizado para evitar que la presión<br />
de evaporación del lado de baja caiga abajo de cierta presión.<br />
Control termostático: Dispositivo que opera un sistema o parte de él,<br />
basado en un cambio de temperatura.<br />
Evaporador: Componente del mecanismo de un sistema de refrigeración,<br />
en el cual el refrigerante se evapora y absorbe calor.<br />
Evaporador de casco y tubos: Evaporador del tipo inundado, utilizado<br />
principalmente para enfriar líquidos. Generalmente, el líquido circula<br />
por los tubos que están dentro del casco cilíndrico, o viceversa.<br />
Evaporador de expansión directa: Evaporador que utiliza como dispositivo<br />
de control de líquido una válvula de expansión automática, o una de<br />
termo expansión.<br />
Evaporador inundado: Evaporador que todo el tiempo contiene<br />
refrigerante líquido.<br />
Evaporador seco: Evaporador en el que el refrigerante está en forma de<br />
gotas.<br />
Filtro: Dispositivo para remover partículas extrañas de un fluido.<br />
Filtro-deshidratador: Dispositivo empleado para la limpieza del refrigerante<br />
y del aceite, en los sistemas de refrigeración. Remueve toda clase de<br />
contaminantes, tales como: suciedad, rebabas, ceras, humedad, ácidos,<br />
óxidos, etc.<br />
Flotador del lado de alta: Mecanismo para control de refrigerante, que<br />
controla el nivel de refrigerante líquido, en el lado de alta presión del<br />
sistema.<br />
Flotador del lado de baja: Válvula de control de refrigerante, operada<br />
por el nivel del refrigerante líquido, en el lado de baja presión del sistema.<br />
Fusible: Dispositivo de seguridad eléctrico que consiste de una tira de<br />
metal fusible, que se funde cuando se sobrecarga el circuito.<br />
220
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 3 INTERPRETACIÓN DE PLANOS<br />
Intercambiador de calor: Dispositivo utilizado para transferir calor de<br />
una superficie caliente a una superficie menos caliente (los evaporadores<br />
y condensadores son intercambiadores de calor).<br />
Interruptor de presión: Interruptor operado por una disminución o por<br />
un aumento de presión.<br />
Impedancia: Es la oposición en un circuito eléctrico al flujo de una<br />
corriente alterna, que es similar a la resistencia eléctrica de una corriente<br />
directa.<br />
Lado de alta: Partes de un sistema de refrigeración, que se encuentran<br />
bajo la presión de condensación o alta presión.<br />
Lado de baja: Partes de un sistema de refrigeración, que se encuentran<br />
por abajo de la presión de evaporación o baja presión.<br />
Leyenda: Parte de un plano reservada a la definición de los símbolos y<br />
líneas utilizados en el mismo.<br />
Línea de líquido: Tubería que acarrea refrigerante líquido, desde el<br />
condensador o recibidor, hasta el mecanismo de control de refrigerante.<br />
Plano: Representación gráfica total o parcial en una superficie y mediante<br />
procedimientos técnicos, de un terreno, de la planta de un edificio, de<br />
una instalación,…<br />
Presión de alta: Término empleado para referirse a la presión, a la cual<br />
se lleva a cabo la condensación, en un sistema de refrigeración.<br />
Presión de baja: Presión del lado de baja del ciclo de refrigeración, a la<br />
cual se lleva a cabo la evaporación.<br />
Reactancia: La parte de la impedancia de un circuito de corriente alterna,<br />
debido a la capacitancia o a la inductancia, o a ambas.<br />
Reactancia inductiva: Inducción electromagnética en un circuito, que<br />
crea una fem contraria o inversa, al cambiar la corriente original. Se<br />
opone al flujo de la corriente alterna.<br />
Resistencia eléctrica (R): La dificultad que tienen los electrones para<br />
moverse a través de un conductor o sustancia.<br />
Separador de aceite: Dispositivo utilizado para remover aceite del gas<br />
refrigerante.<br />
Símbolo: Imagen utilizada para representar gráficamente un elemento<br />
real.<br />
Termostato: Dispositivo que detecta las condiciones de la temperatura<br />
ambiente, y a su vez, acciona para controlar un circuito.<br />
Torre de enfriamiento: Dispositivo que enfría por evaporación del agua<br />
en el aire. El agua es enfriada hasta la temperatura de bulbo húmedo<br />
del aire.<br />
221
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 3 INTERPRETACIÓN DE PLANOS<br />
Transformador: Dispositivo electromagnético que transfiere energía<br />
eléctrica, desde un circuito primario, a varios voltajes en un circuito<br />
secundario.<br />
Trifásico: Que opera por medio de la combinación de tres circuitos de<br />
corriente alterna, los cuales difieren en fase por un tercio de ciclo.<br />
Válvula: Accesorio utilizado para controlar el paso de un fluido.<br />
Válvula de agua (eléctrica): Válvula tipo solenoide (operada<br />
eléctricamente), que se usa para abrir y cerrar el flujo de agua.<br />
Válvula de agua (termostática): Válvula usada para controlar el flujo de<br />
agua a través de un sistema, accionada por una diferencia de temperaturas.<br />
Se usa en unidades como compresores y/o condensadores, enfriados<br />
por agua.<br />
Válvula de aguja: Tipo de válvula que tiene el asiento del vástago en<br />
forma de aguja, y un orificio pequeño en el asiento del cuerpo; sirve<br />
para medir flujos bajos con mucha precisión.<br />
Válvula de alivio: Válvula de seguridad en sistemas sellados. Abre para<br />
liberar fluidos, antes de que alcancen presiones peligrosas.<br />
Válvula de ángulo: Tipo de válvula de globo, con conexiones para tubo<br />
en ángulo recto. Usualmente, una conexión va en plano horizontal y la<br />
otra en plano vertical.<br />
Válvula de control: Válvula que regula el flujo o presión de un medio,<br />
el cual afecta un proceso controlado. Las válvulas de control son operadas<br />
por señales remotas de dispositivos independientes, que utilizan cualquier<br />
cantidad de medios de control, tales como neumáticos, eléctricos o<br />
electrohidráulicos.<br />
Válvula de descarga: Válvula dentro del compresor de refrigeración, que<br />
permite que salga del cilindro el gas refrigerante comprimido, hacia la<br />
línea de descarga, evitando que se devuelva.<br />
Válvula de dos vías: Válvula con un puerto de entrada y uno de salida.<br />
Válvula de escape: Válvula de apertura automática que proporciona<br />
salida para los gases del cilindro en un compresor cuando la presión<br />
interior supera cierto valor.<br />
Válvula de expansión: Tipo de control de refrigerante, que mantiene<br />
presión constante en el lado de baja del sistema de refrigeración. La<br />
válvula es operada por la presión en el lado de baja o de succión. Con<br />
frecuencia, se le conoce como válvula de expansión automática<br />
Válvula de flotador: Tipo de válvula que opera con un flotador, sobre la<br />
superficie del líquido, controlando su nivel.<br />
222
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 3 INTERPRETACIÓN DE PLANOS<br />
Válvula de gas: Dispositivo en la tubería para arrancar, parar o regular<br />
el flujo de un gas.<br />
Válvula de líquido-vapor: Válvula manual doble, que se utiliza comúnmente<br />
en los cilindros de refrigerante, con la cual se puede obtener refrigerante,<br />
ya sea en forma líquida o vapor, del cilindro.<br />
Válvula de presión de agua: Dispositivo utilizado para controlar el flujo<br />
de agua. Es responsable de crear la presión piezométrica del sistema de<br />
refrigeración.<br />
Válvula de retención: Válvula de globo que acciona automáticamente,<br />
y que sólo permite el flujo en un solo sentido.<br />
Válvula de seguridad: Válvula auto-operable de acción rápida, que se usa<br />
para un alivio rápido del exceso de presión.<br />
Válvula de servicio: Dispositivo utilizado en cualquier parte del sistema<br />
donde se desea verificar presiones, cargar refrigerante o hacer vacío o<br />
dar servicio.<br />
Válvula de servicio de descarga: Válvula de dos vías operada manualmente,<br />
ubicada en la entrada del compresor. Controla el flujo de gas de la<br />
descarga; se usa para dar servicio a la unidad.<br />
Válvula de servicio de succión: Válvula de dos vías operada manualmente,<br />
ubicada en la entrada del compresor. Controla el flujo de gas de la<br />
succión; se usa para dar servicio a la unidad.<br />
Válvula de succión: Válvula dentro del compresor de refrigeración, que<br />
permite el ingreso del vapor de refrigerante, proveniente de la línea de<br />
succión, al cilindro, evitando que se devuelva.<br />
Válvula de termo expansión: Válvula de control operada por la temperatura<br />
y presión dentro del evaporador. Controla el flujo de refrigerante hacia<br />
el evaporador. El bulbo sensor se instala a la salida del evaporador.<br />
Válvula de tres vías: Válvula de control de flujo con tres puertos, para el<br />
flujo de fluidos.<br />
Válvula reguladora de presión: Dispositivo instalado en la línea de succión,<br />
que mantiene una presión constante en el evaporador, durante una parte<br />
de trabajo del ciclo.<br />
Válvula solenoide: Válvula diseñada para funcionar por acción magnética,<br />
a través de una bobina energizada eléctricamente. Esta bobina acciona<br />
un núcleo móvil, el cual abre o cierra la válvula.<br />
Válvula termostática: Válvula controlada por elementos que responden<br />
a cambios de temperatura.<br />
223
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 3 INTERPRETACIÓN DE PLANOS<br />
CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
1. Nombrar y describir los distintos tipos de planos que pueden<br />
presentarse en una instalación frigorífica.<br />
2. Enumerar y describir las distintas partes de un plano.<br />
3. Rellenar la siguiente tabla con el elemento que representa cada uno<br />
de los símbolos.<br />
SÍMBOLO DESIGNACIÓN SÍMBOLO<br />
DESIGNACIÓN<br />
225
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 3 INTERPRETACIÓN DE PLANOS<br />
BIBLIOGRAFÍA<br />
Alarcón Creus, José: Tratado Práctico de Refrigeración Automática, 12ª edición<br />
ampliada y puesta al día con la inclusión de los nuevos refrigerantes HFC<br />
sin cloro, Barcelona: Edit. Marcombo, S.A., 1998.<br />
Amigo, P.: Termotecnia. Aplicaciones Industriales, Editorial Mundi-Prensa,<br />
1999.<br />
Balboa, Joan: Manual de Instalaciones Frigoríficas, 2ª Edición, Barcelona:<br />
Edit. Ediciones Ceysa, 2003.<br />
Cano, G.: Manual para la Operación y Funcionamiento de Almacenes Frigoríficos<br />
de Productos Cárnicos, Editorial FAO, 1991.<br />
López, A.: Las Instalaciones Frigoríficas en las Industrias Agroalimentarias,<br />
Madrid: Ediciones A. Madrid Vicente / Mundi-prensa libros, S.A., 1994.<br />
Maestre Albert, Joaquín; Melgarejo Moreno, Pablo; y otros / Colegio<br />
Oficial de Ingenieros Agrónomos de Murcia: Curso de Ingeniería del frío,<br />
Madrid: Ediciones A. Madrid Vicente, 1993.<br />
Manual técnico Valycontrol, 1996, distribuido por Valycontrol S.A.<br />
Ramírez, Carlos Mario; García, Mateo Miguel; García García, Ceferino:<br />
Termodinámica, Derechos reservados respecto a la primera edición en<br />
español por McGRAW-HILL INTERAMERICANA DE MÉXICO, S.A. de<br />
C.V.<br />
Rapin, P.: Prontuario del Frío, Tercera Edición traducida y ampliada de la<br />
tercera edición francesa, Edit. Editores Técnicos Asociados, 1994.<br />
Rapin, P.; Jacquard, P. J.: Instalaciones frigoríficas. Tomo 1 Física Aplicada,<br />
Barcelona: Edit. Marcombo Boixareu Editores, 1997.<br />
Sánchez y Pineda de las Infantas, Mª Teresa: Ingeniería del frío: Teoría y<br />
Práctica, Madrid: Edit. A. Madrid Vicente/ Mundi-prensa libros, S.A.,<br />
2001.<br />
Segura Clavell, José: Termodinámica Técnica, Barcelona: Edit. Reverté S.A.,<br />
1993.<br />
227
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS<br />
FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
M 1 / UD 4
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
ÍNDICE<br />
Introducción.................................................................................. 233<br />
Objetivos........................................................................................<br />
1. Ciclo de refrigeración. Variables de funcionamiento.<br />
235<br />
Diagramas P-h.......................................................................... 237<br />
2. Piezas principales del sistema de refrigeración.....................<br />
3. Efecto de la temperatura de vaporización y condensación<br />
246<br />
sobre la eficacia del ciclo ........................................................ 248<br />
4. Recalentamiento del vapor..................................................... 251<br />
5. Subenfriamiento del líquido .................................................. 254<br />
6. Pérdidas de presión ................................................................ 255<br />
7. Modificaciones sobre el ciclo ideal ........................................ 256<br />
Resumen ........................................................................................ 257<br />
Glosario.......................................................................................... 261<br />
Cuestionario de Autoevaluación.................................................. 271<br />
Bibliografía .................................................................................... 273<br />
231
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
INTRODUCCIÓN<br />
La producción de frío por compresión mecánica, es el sistema más<br />
utilizado en la casi totalidad de las instalaciones frigoríficas.<br />
En la formación de los instaladores-mantenedores de los <strong>equipos</strong><br />
frigoríficos, es esencial el buen conocimiento del ciclo frigorífico de<br />
compresión mecánica que atraviesan los refrigerantes, así como identificar<br />
tanto las distintas piezas que constituyen un equipo frigorífico como el<br />
lugar donde se producen los procesos que conforman dicho ciclo<br />
frigorífico.<br />
Este conocimiento debe complementarse con saber representar mediante<br />
los datos obtenidos de los <strong>equipos</strong>, los procesos que componen el ciclo<br />
frigorífico en un diagrama presión-entalpía, y viceversa, saber extraer de<br />
un diagrama P-h los parámetros necesarios para el buen conocimiento<br />
de un equipo frigorífico.<br />
En esta unidad se profundiza en el estudio del ciclo de refrigeración de<br />
compresión mecánica y en la representación del mismo en un diagrama<br />
P-h, realizando una introducción de las partes constituyentes de un<br />
equipo frigorífico que posteriormente, en la unidad 5, se desarrolla en<br />
profundidad.<br />
233
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
OBJETIVOS<br />
Tras el estudio de esta unidad el alumno será capaz de:<br />
Conocer los procesos que componen el ciclo de refrigeración simple de<br />
compresión mecánica.<br />
Conocer los elementos principales que componen una máquina de<br />
producción de frío que funciona mediante el ciclo de refrigeración<br />
simple de compresión mecánica y distinguir los procesos que se llevan<br />
a cabo en cada componente.<br />
Identificar las distintas zonas en que se divide el diagrama P-h en función<br />
del estado en que se encuentra el fluido refrigerante.<br />
Trazar el ciclo de refrigeración ideal sobre el diagrama P-h identificando<br />
sobre el ciclo los procesos que se producen.<br />
Conocer cómo influye sobre el ciclo de refrigeración la variación de la<br />
temperatura de evaporación y condensación, sabiendo valorar los cambios<br />
producidos en el ciclo de refrigeración sobre le diagrama P-h.<br />
Valorar las consecuencias que sobre el ciclo de refrigeración tiene el<br />
recalentamiento del vapor y el subenfriamiento del líquido.<br />
Finalmente, conocer las variaciones que el ciclo de refrigeración real<br />
tiene sobre el ciclo ideal, y saber trazar un ciclo de refrigeración real<br />
sobre el diagrama P-h.<br />
235
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
1. CICLO DE REFRIGERACIÓN. VARIABLES DE<br />
FUNCIONAMIENTO. DIAGRAMA P-h.<br />
Antes de centrarnos en el estudio de los sistemas frigoríficos se debe<br />
hacer hincapié en ciertos conceptos que posteriormente nos servirán<br />
para una mejor comprensión del ciclo de refrigeración presente en todos<br />
los sistemas frigoríficos.<br />
Lo primero seria explicar qué se entiende por refrigeración:<br />
La refrigeración se define como el proceso de reducción y mantenimiento<br />
de la temperatura de un espacio o materia por debajo de la temperatura<br />
del entorno.<br />
La refrigeración es una parte de la climatización, ya que al climatizar,<br />
además de controlar la temperatura del aire en el proceso de tratamiento,<br />
también se controla la humedad, limpieza y distribución para responder<br />
a las exigencias del espacio climatizado.<br />
Para poder reducir la temperatura, es necesario extraer el calor contenido<br />
en el espacio o materia que deseamos refrigerar, y para extraer el calor<br />
de un cuerpo es necesario la presencia de otro cuerpo mas frío<br />
(temperatura inferior) que absorba el calor que deseamos eliminar.<br />
El calor siempre fluye del cuerpo más caliente hacia el cuerpo más frío.<br />
El cuerpo que se utiliza para absorber el calor que deseamos eliminar<br />
se llama refrigerante.<br />
Un refrigerante es un calorífero que desplaza el calor de un espacio que<br />
se debe refrigerar, hacia el exterior. Es el fluido operante en el ciclo de<br />
refrigeración.<br />
Cada vez que el refrigerante completa un ciclo, sufre dos cambios de<br />
estado, se evapora y se condensa, estos dos cambios de estado son<br />
necesarios para poder desplazar el calor del espacio que deseamos<br />
refrigerar hacia el exterior.<br />
Vamos a recordar varios conceptos anteriormente explicados:<br />
Calor latente: es el calor que produce un cambio de estado sin cambio<br />
de temperatura.<br />
237
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
Nos centramos en la evaporación y condensación, dos cambios de estado<br />
presentes en el ciclo de refrigeración, el primero necesita de un aporte<br />
de calor, y el segundo, por ser el proceso inverso al primero, necesita<br />
ceder el calor a otro cuerpo para llevarse a cabo.<br />
Sabemos en estos momentos que el refrigerante en un punto del ciclo<br />
de refrigeración se evapora, y para ello necesita un aporte de calor (en<br />
este punto del ciclo se produce la absorción del calor del espacio por<br />
parte del refrigerante para reducir la temperatura del espacio) y que en<br />
otro punto del ciclo se condensa, necesitando ceder calor a otro cuerpo<br />
(en este punto el refrigerante cede el calor al exterior).<br />
Estos cambios de estado no se pueden producir sin olvidar un concepto<br />
muy importante, el calor siempre fluye del cuerpo más caliente hacia el<br />
cuerpo más frío, es decir, del cuerpo a mayor temperatura hacia el cuerpo<br />
a menor temperatura. Esto significa que para que los cambios de estado<br />
en el refrigerante se produzcan es muy importante a qué temperatura<br />
se producen, para saber si la absorción de calor en la evaporación y la<br />
cesión de calor en la condensación se pueden llevar a cabo.<br />
Esto nos lleva a recordar el concepto de temperatura de saturación:<br />
temperatura a la cual un líquido se transforma en vapor, o un vapor se<br />
transforma en líquido, es decir la temperatura a la que se produce la<br />
evaporación y la condensación del refrigerante, independiente para cada<br />
sustancia, y variable con la presión a la que se encuentra sometida la<br />
sustancia.<br />
Cuando aumenta la presión, aumenta la temperatura de saturación.<br />
Intuitivamente podemos valorar a qué temperaturas deben producirse<br />
dichos cambios de estado para que el ciclo de refrigeración se lleve a<br />
cabo.<br />
Nuestro objetivo es refrigerar un espacio, para ello sabemos que debemos<br />
extraer calor del espacio, utilizando un fluido llamado refrigerante; el<br />
refrigerante va a absorber el calor del espacio mientras se evapora (absorbe<br />
el calor latente del refrigerante), con lo cual el calor debe fluir del espacio<br />
que queremos refrigerar hacia el refrigerante. Es decir, nos interesa que<br />
el refrigerante utilizado se evapore a temperaturas más bajas que a la<br />
temperatura a la que se encuentra el espacio que debemos refrigerar.<br />
Interesa que las sustancias utilizadas como refrigerantes tengan<br />
temperaturas de saturación muy bajas, por debajo de cero para que la<br />
temperatura que queramos alcanzar en el espacio a refrigerar siempre<br />
sea superior a la temperatura de saturación del refrigerante, y el flujo<br />
de calor siempre vaya del espacio hacia el refrigerante.<br />
238
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
Lo contrario ocurre en la condensación del refrigerante. Como en la<br />
condensación el refrigerante cede calor, para volver a su estado liquido,<br />
el refrigerante debe encontrar un cuerpo mas frío que él para poder<br />
condensarse. Pero la temperatura de saturación es la misma para evaporar<br />
que para condensar, y acabamos de decir que interesa sustancias con<br />
temperaturas de saturación muy bajas para producir la evaporación del<br />
refrigerante. Entonces, ¿cómo vamos a volver a condensar el refrigerante,<br />
para volver a evaporarlo y continuar extrayendo calor del espacio a<br />
refrigerar? Si, además, el calor lo voy a ceder al exterior que se supone<br />
que está a más temperatura que el espacio que estoy refrigerando.<br />
La respuesta se ha indicado anteriormente; al aumentar la presión<br />
aumenta la temperatura de saturación. La solución es bien fácil, aumento<br />
la presión a la que se encuentra sometido el refrigerante hasta el punto<br />
en que la temperatura de saturación del refrigerante es mayor que la<br />
temperatura exterior, convirtiendo al refrigerante en el cuerpo caliente<br />
en su punto de condensación, y el exterior que rodea el espacio a<br />
refrigerar en el cuerpo frío, absorbiendo el calor que necesita ceder el<br />
refrigerante para condensar y volver a su estado liquido para iniciar otra<br />
vez el ciclo de refrigeración.<br />
Entre la condensación y evaporación en el ciclo de refrigeración, debemos<br />
reducir la presión a la que se encuentra sometido el refrigerante, para<br />
que la temperatura de saturación descienda y la evaporación del<br />
refrigerante vuelva a producirse.<br />
Procesos del ciclo de refrigeración<br />
El refrigerante circula por el sistema y pasa por diversos cambios de<br />
estado y condición; cada uno de esos cambios se denomina un proceso.<br />
El refrigerante comienza en un estado o condición inicial, pasa por una<br />
serie de procesos según una secuencia definida, y vuelve a su condición<br />
inicial. Esta serie de procesos se denomina ciclo de refrigeración. El ciclo<br />
de refrigeración simple se compone de cuatro procesos fundamentales:<br />
• Expansión.<br />
• Evaporación.<br />
• Compresión.<br />
• Condensación.<br />
Expansión<br />
Este proceso ocurre en el control de flujo de refrigerante. El refrigerante<br />
líquido a temperatura y presión altas fluye del receptor por el tubo del<br />
líquido hacia el control de flujo del refrigerante, de tal forma que a la<br />
salida, la presión del líquido se ha reducido lo suficiente para que la<br />
239
temperatura de saturación del refrigerante que entra en el evaporador<br />
sea inferior a la temperatura del ambiente refrigerado.<br />
Una parte del líquido se evapora en el control de flujo de refrigerante<br />
para reducir la temperatura del líquido hasta la temperatura de<br />
evaporación.<br />
Evaporación<br />
En el evaporador, el líquido se evapora a una temperatura y presión<br />
constantes, mientras el calor necesario para el suministro de calor latente<br />
de evaporación pasa de las paredes del evaporador hacia el líquido que<br />
se evapora.<br />
Todo el refrigerante se evapora en el evaporador y se calienta en el<br />
extremo del evaporador. Pese a que la temperatura del vapor aumenta<br />
un poco en el extremo del evaporador debido al recalentamiento, la<br />
presión del vapor no varía.<br />
Aunque el vapor absorbe el calor del aire que rodea la línea de aspiración,<br />
que aumenta su temperatura y disminuye ligeramente su presión debido<br />
a la pérdida por fricción en la línea de aspiración, estos cambios no son<br />
importantes para la explicación de un ciclo de refrigeración simple.<br />
Compresión<br />
Por la acción del compresor, el vapor que resulta de la evaporación se<br />
lleva por la línea de aspiración desde el evaporador hacia la entrada de<br />
aspiración del compresor.<br />
En el compresor, la temperatura y presión del vapor aumentan debido<br />
a la compresión. El vapor de alta temperatura y alta presión se descarga<br />
del compresor en la línea de descarga.<br />
Condensación<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
El vapor fluye por la línea de descarga hacia el condensador donde<br />
evacua calor hacia el aire relativamente frío que el ventilador del<br />
condensador hace circular a través del condensador. Cuando el vapor<br />
caliente evacua calor hacia el aire más frío, su temperatura se reduce a<br />
la nueva temperatura de saturación que corresponde a la nueva presión,<br />
y el vapor se condensa, volviendo así al estado líquido. Antes de que el<br />
refrigerante alcance el fondo del condensador, se condensa todo el vapor<br />
y luego se subenfría.<br />
A continuación, el líquido subenfriado pasa al receptor y queda listo<br />
para volver a circular.<br />
A continuación describiremos el diagrama presión-entalpía, explicando<br />
las distintas zonas que lo componen, y las diversas líneas que pueden<br />
240
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
representarse sobre él, para que posteriormente describamos sobre el<br />
diagrama P-h los procesos que componen el ciclo frigorífico, y las variables<br />
de funcionamiento que lo conforman.<br />
La entalpía de un fluido viene dada por la expresión:<br />
donde:<br />
• U: la energía interna del fluido.<br />
• P: la presión.<br />
• V: el volumen de la masa considerada.<br />
La energía interna de un fluido es la suma del trabajo mecánico y de la<br />
energía calorífica que puede aportar un sistema en reposo. Representa,<br />
pues, la reserva de energía contenida en el sistema.<br />
El producto PV representa los trabajos mecánicos debidos a las fuerzas<br />
de presión.<br />
Se demuestra que la entalpía de un fluido es función de su temperatura<br />
y crece con el aumento de la misma, siendo nula en T= 0ºK.<br />
El diagrama entálpico es el que representa en abscisas entalpías, h, y en<br />
ordenadas presiones, P, o logaritmo de presiones, log P, siendo por tanto,<br />
las líneas horizontales isóbaras y las verticales isoentálpicas.<br />
En el diagrama entálpico, todas las transformaciones producidas en un<br />
ciclo frigorífico real son determinadas en unidades térmicas directamente,<br />
sin necesidad de medir áreas, midiendo distancias. Además, en este<br />
diagrama tres de los procesos del ciclo son representados por rectas. El<br />
diagrama entálpico está construido para un sistema termodinámico de<br />
un Kg de fluido frigorígeno, lo que permite obviar los problemas derivados<br />
de las variaciones de volumen especifico del fluido que se producen a<br />
lo largo del ciclo de refrigeración.<br />
Diagrama entalpico P-h<br />
241
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
Las líneas representadas en el diagrama entálpico son:<br />
Isobaras: paralelas al eje de abscisas.<br />
Isentalpía: paralelas al eje de las ordenadas, en su transcurso el<br />
Curva de Andrews: es la curva A-Cr-B, delimita siempre las zonas donde<br />
el fluido es homogéneo (exteriores a la curva) o heterogéneo (interiores<br />
a la curva).<br />
La curva se divide en dos ramas. La rama A-Cr del líquido en equilibrio<br />
con una burbuja de vapor se llama curva limite x=0, a la izquierda<br />
de esta curva el fluido se encuentra en fase líquida (zona de líquido<br />
subenfriado). La rama Cr-B de vapor saturado en equilibrio con una<br />
gota de líquido, se titula curva límite x=1, a la derecha de esta curva<br />
el fluido se encuentra en fase gaseosa (zona de vapor recalentado).<br />
En el interior de la curva el fluido es una mezcla de líquido y vapor<br />
en equilibrio, dependiendo la composición de la mezcla de la posición<br />
respecto a las curvas x=0 y x=1. El punto Cr fija las características del<br />
fluido en su punto crítico.<br />
Isotermas: ascienden casi verticales en la zona de líquido subenfriado,<br />
horizontales y confundidas con las isóbaras dentro de la curva de<br />
saturación, y descendentes en la zona de vapor recalentado.<br />
Isentrópicas: trazadas dentro de las zonas de los vapores húmedos y<br />
recalentados, de pendiente positiva, no tienen inflexión al atravesar la<br />
zona de vapores saturados.<br />
Isócoras: trazadas dentro de las zonas de los vapores húmedos y<br />
recalentados, son ascendentes, y se quiebran al atravesar la curva de<br />
saturación.<br />
Isotítricas: líneas de título constante, en el interior de la zona de vapores<br />
húmedos, dividen en segmentos proporcionales a las isotermas. Todos<br />
los puntos de la misma relación (x) para temperaturas y presiones<br />
diferentes se han juntado para formar el haz de curvas a relación constante.<br />
Este haz converge hacia Cr ya que todas las curvas de relación constante<br />
pasan por Cr.<br />
En este diagrama se puede definir la relación del vapor en un punto M<br />
de la zona de liquido-vapor bajo la relación:<br />
Al igual, la relación del líquido en el punto M se define por la relación:<br />
242
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
La relación que une con en un punto de la zona líquido-vapor es:<br />
Trazado de un ciclo frigorífico ideal en un diagrama entálpico<br />
Como se trata de un ciclo ideal, vamos a suponer:<br />
• Aspiramos vapores en el estado exacto de vapor saturado seco (x=1).<br />
• La compresión es una compresión adiabática pura.<br />
• El líquido no experimenta subenfriamiento en el condensador ni en<br />
el depósito de líquido.<br />
• No existen pérdidas de carga por la circulación del fluido en las<br />
tuberías.<br />
Las condiciones de trabajo se definen por:<br />
= temperatura de vaporización.<br />
= temperatura de condensación.<br />
= presión de vaporización.<br />
= presión de condensación.<br />
Tipo de líneas en diagrama entálpico<br />
243
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
Diagrama presión-entalpía de un ciclo frigorífico ideal.<br />
Lo primero que hacemos es trazar las isóbaras y , y sobre las que se<br />
situaran los puntos característicos del ciclo. 1-2-3-4<br />
Punto 1. Aspiración del compresor.<br />
En 1 los vapores entran en el compresor justamente saturados (vapor<br />
saturado seco x=1) se situará en la intersección de la isóbara isotérmica<br />
- y de la curva x=1.<br />
Punto 2. Compresión adiabática.<br />
El punto figurativo se desplazará sobre la línea adiabática pasando por<br />
S1. Al final de la compresión, la presión tendrá el valor , por lo que el<br />
punto 2 será la intersección de la isóbara y de la adiabática S1.<br />
Punto 3. Enfriamiento y condensación del fluido.<br />
Siendo una isóbara el enfriamiento y condensación del fluido, el punto<br />
figurativo se desplazara de derecha a izquierda por la isóbara partiendo<br />
de 2. Al término de la condensación y hallándose todo el fluido condensado<br />
a la presión el punto 3 se encontrará en la intersección de la curva<br />
x=0 y la isobara-isotérmica - .<br />
Punto 4. Expansión isentálpica.<br />
La expansión es isentálpica, por lo que el punto figurativo se desplazará<br />
sobre la isentálpica y al final de la expansión, y siendo entonces la<br />
presión, el punto h4 se hallara en la intersección de la isentálpica h4 , y<br />
la isóbara .<br />
Como la evaporación es isobárica e isotérmica, el punto figurativo<br />
describirá la isoterma-isobárica - , desde 4 hasta 1que es el estado<br />
del fluido a la entrada del compresor.<br />
Las cuatro transformaciones termodinámicas experimentadas por el<br />
244
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
fluido se representan en este ciclo por las curvas o segmentos de las<br />
líneas:<br />
• Compresión: Tramo 1-2 (curva).<br />
En el tramo el fluido recibe un aporte de energía externa en forma<br />
de energía de compresión. El fluido aumenta su temperatura desde<br />
hasta de forma isentrópica.<br />
La energía absorbida por el fluido es:<br />
• Condensación: Tramo 2-3 (recta).<br />
El fluido que sale del compresor se enfría a presión constante y<br />
posteriormente se condensa hasta la forma líquida. La cantidad de<br />
calor que hay que ceder al medio de condensación para pasar del<br />
punto 3 al 2 es:<br />
• Expansión: Tramo 3-4 (recta).<br />
El líquido a temperatura y presión llega a la válvula de expansión<br />
y sufre una expansión por laminado a través de un orificio. Esta<br />
transformación es isoentálpica y por tanto . El título del vapor<br />
varía de a .<br />
• Evaporación: Tramo 4-1 (recta).<br />
El vapor al llegar al evaporador es una mezcla de líquido vapor, de<br />
título y cuya presión y temperatura son y respectivamente.<br />
Gracias al calor tomado del recinto a enfriar, el líquido se vaporiza,<br />
aumentando progresivamente el título del vapor y poniendo en juego<br />
el calor latente de vaporización del líquido.<br />
La cantidad de calor absorbida del medio es:<br />
El diagrama nos hace ver claramente, que la cantidad de calor es una<br />
aplicación evidente del principio de equivalencia<br />
Tenemos:<br />
Se define el coeficiente de efecto frigorífico como la relación entre<br />
el frío producido y la energía de compresión suministrada, por tanto:<br />
245<br />
ó
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
2. PIEZAS PRINCIPALES DEL SISTEMA<br />
DE REFRIGERACIÓN<br />
Las piezas principales del sistema de refrigeración se mencionan a<br />
continuación:<br />
• Receptor<br />
Su función consiste en proporcionar el almacenamiento para el<br />
líquido procedente del condensador para que haya un suministro<br />
constante de líquido para el evaporador, según las necesidades del<br />
mismo.<br />
• Línea de líquido<br />
Su función consiste en llevar el refrigerante líquido desde el receptor<br />
hacia el control de flujo de refrigerante.<br />
• Control de flujo de refrigerante<br />
Sus funciones consisten en medir la cantidad adecuada de refrigerante<br />
que va hacia el evaporador y en reducir la presión del líquido que<br />
entra en el evaporador, para que así, el líquido se evapore en el<br />
evaporador a la temperatura baja deseada.<br />
• Evaporador<br />
Su función consiste en proporcionar una superficie de transferencia<br />
de calor a través de la cual el calor pasa del ambiente refrigerado al<br />
refrigerante evaporado.<br />
• Línea de aspiración<br />
Su función consiste en llevar el vapor de presión baja desde el<br />
evaporador hacia la entrada de aspiración del compresor.<br />
• Compresor<br />
Sus funciones consisten en extraer el vapor del evaporador y en<br />
aumentar la temperatura y presión del vapor para que éste pueda<br />
condensarse con los medios de condensación normalmente<br />
disponibles.<br />
• Línea de descarga<br />
Su función es entregar el vapor a presión alta y temperatura alta<br />
desde el compresor hasta el condensador.<br />
• Condensador<br />
Su función es proporcionar una superficie de transferencia de calor<br />
a través de la cual el calor pasa del vapor refrigerante caliente a un<br />
medio de condensación.<br />
246
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
Un sistema de refrigeración se divide en dos partes según la presión que<br />
el refrigerante ejerce en estas dos partes.<br />
• Lado bajo<br />
La parte de presión baja del sistema se compone del control de flujo<br />
de refrigerante, el evaporador y la línea de aspiración. La presión<br />
que ejerce el refrigerante en estas partes es la presión baja necesaria<br />
para que el refrigerante se evapore en el evaporador. Esta presión se<br />
conoce como “presión baja”, “presión del lado bajo”, “presión de<br />
aspiración” o “presión de evaporación”.<br />
• Lado alto<br />
La parte de presión alta del sistema se compone del compresor, la<br />
línea de descarga, el condensador, el receptor y la línea de líquido.<br />
La presión que ejerce el refrigerante en esta parte del sistema es la<br />
presión alta necesaria para la condensación del refrigerante en el<br />
condensador. Esta presión se llama “presión alta” “presión de descarga”<br />
o “presión de condensación”.<br />
Los puntos divisorios entre los lados de presión alta y baja del sistema<br />
son el control de flujo de refrigerante, donde la presión del refrigerante<br />
se reduce de la presión de condensación a la presión de evaporación, y<br />
las válvulas de descarga en el compresor, a través de las cuales el vapor<br />
de presión alta se expulsa después de la compresión.<br />
Ciclo refrigeración<br />
247
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
3. EFECTO DE LA TEMPERATURA DE EVAPORACIÓN<br />
Y CONDENSACIÓN SOBRE LA EFICACIA DEL CICLO<br />
La eficacia de un ciclo de refrigeración varía considerablemente con la<br />
temperatura de vaporización y condensación, siendo de ellas, la de<br />
vaporización la de mayor efecto.<br />
Efecto de la temperatura de vaporización sobre el ciclo frigorífico.<br />
Tal y como puede verse en la gráfica superior, el efecto refrigerante es<br />
superior para el ciclo frigorífico cuya temperatura de vaporización Tv2<br />
corresponde a la presión Pv2 que para el ciclo frigorífico cuya temperatura<br />
de vaporización Tv1 corresponde a la presión Pv1, siendo Tv2 > Tv1.<br />
Efecto frigorífico para el ciclo con temperatura de vaporización Tv2(Pv2):<br />
Efecto frigorífico para el ciclo con temperatura de vaporización Tv1(Pv1):<br />
ya que .<br />
A esta mayor temperatura, más próxima a la del líquido que se aproxima<br />
a la válvula de laminación, una fracción más pequeña de refrigerante se<br />
vaporiza al paso por la válvula, quedando una mayor proporción para<br />
vaporizarse en el evaporador y producir más frío útil.<br />
Al ser mayor el efecto refrigerante, la cantidad de fluido frigorígeno que<br />
circula ha de ser menor.<br />
La diferencia de presiones entre el evaporador y el condensador es menor<br />
en el ciclo que presenta una mayor temperatura de vaporización, por lo<br />
que el trabajo de compresión también será menor.<br />
248
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
Debido a que el trabajo de compresión y el peso de fluido refrigerante<br />
que circula son menores a la mayor temperatura de aspiración, la potencia<br />
teórica requerida también será inferior para la temperatura de aspiración<br />
más alta. Esta diferencia se hace más patente cuando se introduce la<br />
eficiencia del compresor y se comparan las potencias reales requeridas.<br />
El volumen de vapor movido por el compresor varía con los cambios de<br />
temperatura de vaporización, disminuyendo enormemente a medida<br />
que ésta aumenta. Este es probablemente el factor más importante de<br />
todos los que afectan a la capacidad y eficiencia del ciclo.<br />
También, debido al menor peso de fluido frigorígeno que circula y al<br />
menor calor de compresión aportado, el calor eliminado en el<br />
condensador debe ser inferior.<br />
El efecto de la temperatura de condensación es inverso al que presenta<br />
la temperatura de vaporización. Manteniéndose ésta última constante,<br />
la eficacia del ciclo disminuye si la temperatura de condensación aumenta,<br />
y viceversa.<br />
Efecto de la temperatura de condensación sobre el ciclo frigorífico.<br />
Tal y como puede verse en la grafica superior, el efecto refrigerante es<br />
superior para el ciclo frigorífico cuya temperatura de condensación Tc1<br />
corresponde a la presión Pc1 que para el ciclo frigorífico cuya temperatura<br />
de condensación Tc2 corresponde a la presión Pc2, siendo Tc1 < Tc2.<br />
Efecto frigorífico para el ciclo con temperatura de condensación Tc1(Pc1):<br />
Efecto frigorífico para el ciclo con temperatura de condensación Tc2(Pc2):<br />
249<br />
ya que .
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
La temperatura del líquido que pasa a través de la válvula de laminación<br />
es mayor, , lo que reduce el efecto refrigerante. Esto, a su vez,<br />
hace que el peso de fluido refrigerante que debe circular sea mayor, y<br />
como consecuencia se incrementa el volumen de vapor que debe ser<br />
comprimido.<br />
El trabajo de compresión necesario para aumentar la presión del vapor<br />
hasta la presión correspondiente a la temperatura de condensación es<br />
mayor a medida que aumenta esta temperatura. La potencia teórica<br />
requerida aumenta con el incremento de la temperatura de condensación.<br />
Aunque la cantidad de calor eliminado en el condensador por Kg de<br />
fluido frigorígeno varía muy poco, ya que el aumento del calor de<br />
compresión es compensado por la disminución del efecto frigorífico, sin<br />
embargo el calor total disipado varía considerablemente, debido a la<br />
diferencia de peso de fluido que circula. La cantidad de calor sensible<br />
eliminado aumenta considerablemente, mientras que la de calor latente<br />
disminuye ligeramente.<br />
250
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
4. RECALENTAMIENTO DEL VAPOR<br />
En el ciclo de refrigeración saturado simple, se supone que el vapor de<br />
aspiración llega hasta la entrada del compresor como vapor saturado a<br />
la temperatura y presión de evaporación. En la práctica, esto ocurre raras<br />
veces. Después de que el refrigerante líquido se ha vaporizado<br />
completamente en el evaporador, el vapor saturado frío, continúa, por<br />
lo general, absorbiendo calor en el tramo de aspiración, pasando a un<br />
estado recalentado antes de llegar al compresor.<br />
Si se desprecia la pequeña caída de presión del vapor en la tubería de<br />
aspiración, se podrá suponer que la presión del vapor de aspiración<br />
permanece constante durante el recalentamiento.<br />
Imagen diagrama con recalentamiento del vapor.<br />
La potencia requerida por unidad de capacidad refrigerante del ciclo es<br />
mayor para el ciclo con recalentamiento que para el ciclo saturado y,<br />
además, es menor el rendimiento obtenido (o eficiencia energética).<br />
Esto quiere decir que el compresor, el motor del compresor y el<br />
condensador deberán ser mayores para el ciclo con recalentamiento que<br />
para el ciclo saturado. Esto significa una mayor inversión inicial en el<br />
sistema frigorífico.<br />
Cuando el vapor pasa directamente hasta la aspiración del compresor<br />
sin ningún recalentamiento, puede arrastrar pequeñas cantidades de<br />
líquido no vaporizado. A este vapor se le llama vapor húmedo. Este vapor<br />
húmedo en la aspiración puede causar efectos negativos en la capacidad<br />
del compresor, y provocarle daños mecánicos. Ya que el recalentamiento<br />
del vapor elimina la posibilidad de existencia de este vapor húmedo en<br />
el compresor, es deseable un cierto grado de recalentamiento del mismo.<br />
El efecto del recalentamiento del vapor de aspiración sobre la capacidad<br />
del sistema y sobre el coeficiente de operación, depende totalmente de<br />
251
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
dónde y cómo ocurre el recalentamiento del vapor y de si el calor<br />
absorbido por el vapor al recalentarse produce o no enfriamiento útil.<br />
El grado de recalentamiento que se elija en cada caso particular, depende,<br />
también, de dónde y cómo ocurra el recalentamiento, así como del<br />
refrigerante empleado.<br />
El recalentamiento del vapor en el tramo de aspiración puede ocurrir<br />
en los siguientes puntos, o en una combinación de ellos:<br />
• Al final del evaporador.<br />
• En la tubería de aspiración instalada dentro del local refrigerado.<br />
• En la tubería de aspiración situada fuera del espacio refrigerado.<br />
• En un cambiador de calor, tramo de aspiración-tubería de líquido.<br />
Cuando el recalentamiento tiene lugar al fluir el refrigerante por la<br />
tubería de aspiración localizada fuera del espacio refrigerado, el calor<br />
tomado por el vapor es absorbido del ambiente y no se produce<br />
enfriamiento útil. Este recalentamiento del vapor que no produce<br />
enfriamiento útil afecta adversamente a la eficacia del ciclo. Es obvio<br />
entonces, que el recalentamiento del vapor en la tubería de aspiración<br />
fuera del espacio refrigerado debe eliminarse siempre que sea práctico.<br />
El recalentamiento del vapor dentro del espacio refrigerado puede<br />
ocurrir al final del evaporador o en la tubería de aspiración localizada<br />
dentro del espacio refrigerado, o en ambos sitios.<br />
Para que no llegue refrigerante en forma de líquido al compresor se<br />
debe ajustar la válvula de regulación de refrigerante de forma que todo<br />
el líquido se evapore totalmente antes de su llegada al final del evaporador.<br />
En tales casos, el vapor frío continuará absorbiendo calor y se recalentará<br />
en la última parte del evaporador.<br />
Si el calor necesario para recalentar el vapor es tomado del espacio<br />
refrigerado, se obtiene un enfriamiento útil y el efecto frigorífico por<br />
unidad de masa de refrigerante aumenta en una cantidad igual a la<br />
cantidad de calor absorbido en el recalentamiento. Sin embargo, a pesar<br />
de que se mejora aparentemente la eficiencia frigorífica del ciclo, no es<br />
económico el recalentamiento del vapor en el evaporador más allá de<br />
lo necesario para lograr el funcionamiento adecuado de la válvula de<br />
expansión.<br />
El recalentamiento excesivo del vapor de aspiración en el evaporador<br />
reducirá la capacidad del evaporador innecesariamente y requerirá que<br />
el evaporador opere a una temperatura de vaporización menor o el uso<br />
de un evaporador más grande, con objeto de obtener la capacidad de<br />
evaporador deseada.<br />
252
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
A veces se instala dentro del espacio refrigerado, para el recalentamiento<br />
del vapor, un tramo de tubería de aspiración adicional al evaporador,<br />
llamado generalmente serpentín secador, cuya función es la de secar.<br />
Dicha tubería permite una inundación más completa del evaporador<br />
con refrigerante líquido, sin que exista el peligro de arrastre de líquido<br />
por la tubería de aspiración hasta el compresor.<br />
Este sistema no solamente proporciona un medio de recalentamiento<br />
del vapor de aspiración dentro del espacio refrigerado de forma que la<br />
eficiencia del ciclo aumente sin sacrificio de superficie evaporadora, sino<br />
que de hecho hace posible un uso más efectivo de la superficie del<br />
evaporador.<br />
En algunos casos, y en particular cuando la temperatura de aspiración<br />
es alta y la humedad relativa del aire exterior razonablemente baja, el<br />
recalentamiento del vapor de aspiración dentro del espacio refrigerado,<br />
elevará la temperatura de la tubería de aspiración evitando la formación<br />
de escarcha y eliminando la necesidad de aislamiento de dicha tubería.<br />
El grado de recalentamiento del vapor de aspiración, dentro del espacio<br />
refrigerado, está limitado por la temperatura del espacio. Normalmente,<br />
el vapor podrá ser recalentado hasta 2-3°C por debajo de la temperatura<br />
del local refrigerado.<br />
253
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
5. SUBENFRIAMIENTO DEL LÍQUIDO<br />
Cuando el líquido refrigerante es subenfriado antes de que llegue a la<br />
válvula de expansión, se incrementa el efecto refrigerante por unidad<br />
de masa de fluido refrigerante.<br />
El aumento de efecto refrigerante por kg de refrigerante, resultante del<br />
subenfriamiento es la diferencia entre h4 y h4’ y es exactamente igual<br />
a la diferencia entre h3 y h3’, que representa el calor eliminado por Kg<br />
de líquido, durante el subenfriamiento.<br />
El efecto refrigerante en el ciclo saturado es:<br />
y el efecto refrigerante en el ciclo con subenfriamiento:<br />
El trabajo de compresión por unidad de masa es igual para ambos ciclos,<br />
saturado y con subenfriamiento, se deduce que el aumento de efecto<br />
refrigerante por unidad de masa originado por el subenfriamiento, se<br />
obtiene sin aumentar el suministro de energía al compresor.<br />
El trabajo de compresión para ambos ciclos es:<br />
Si existe un aumento en la cantidad de calor absorbida en el evaporador,<br />
manteniendo constante el trabajo absorbido por el compresor,<br />
evidentemente se produce un aumento del rendimiento del ciclo.<br />
ε ( subenfriamiento) > ε ( saturado)<br />
Diagrama con subenfriamiento<br />
254
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
6. PÉRDIDAS DE PRESIÓN<br />
El refrigerante experimenta una pérdida de carga por fricción, durante<br />
su circulación por las tuberías, evaporador, condensador, recipiente de<br />
líquido y a través de las válvulas y demás puntos del circuito frigorífico.<br />
Como resultado de la caída de presión en el evaporador, el vapor sale<br />
de él a una presión y temperatura de saturación menor.<br />
Debido a esto, la potencia necesaria por capacidad frigorífica unitaria<br />
es también mayor, ya que el vapor debe ser comprimido salvando un<br />
incremento de presión superior (la relación de compresión aumenta).<br />
La caída de presión tanto en el evaporador como en la tubería de<br />
aspiración, debe mantenerse dentro de un valor mínimo con objeto de<br />
obtener la mayor eficiencia posible del ciclo frigorífico. Esto se aplica<br />
también a los cambiadores de calor o a cualquier otro dispositivo auxiliar<br />
que se utilice en la tubería de aspiración.<br />
Normalmente, la caída de presión en un evaporador bien diseñado es<br />
de 0,14 a 0,21 Kg/cm2 . Idealmente, la tubería del tramo de aspiración<br />
debe ser diseñada de manera que la caída de presión no acuse una<br />
disminución mayor de 1°C en la temperatura de saturación.<br />
Señalar que, el vapor es comprimido en el compresor hasta una presión<br />
considerablemente mayor que la presión de condensación. Esto es<br />
necesario para forzar la salida del vapor, a través de las válvulas de<br />
descarga, contra la presión de condensación y contra la presión ocasionada<br />
por la acción de los resortes en las válvulas de descarga.<br />
Cualquier caída de presión que ocurra en el lado de la descarga del<br />
compresor tendrá el efecto de aumentar la presión de descarga,<br />
aumentando así el trabajo y la potencia del compresor.<br />
En el tramo de tubería entre el recipiente de líquido y la válvula de<br />
expansión, existen también pérdidas de carga. Estas pérdidas de carga<br />
deben ser inferiores a 0,35 Kg/cm 2 .<br />
255
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
7. MODIFICACIONES SOBRE EL CICLO IDEAL<br />
Hemos visto que el ciclo real se aleja del ciclo teórico debido a:<br />
• Tramo 1-2. Recalentamiento en las tuberías de aspiración del<br />
compresor.<br />
• Tramo 2-3. Pérdida de carga en la válvula de aspiración del compresor.<br />
• Tramo 3-4. Recalentamiento del vapor al entrar en el cilindro.<br />
• Tramo 4-5. Compresión real (no isoentrópica).<br />
• Tramo 5-6. Pérdida de carga en la válvula de descarga.<br />
• Tramo 6-8. Enfriamiento de los vapores en la tubería entre el compresor<br />
y el condensador.<br />
• Tramo 8-9. Enfriamiento de vapores, condensación y subenfriamiento<br />
del líquido.<br />
• Tramo 9-10. Laminación en la válvula de expansión.<br />
• Tramo 10-1. Evaporación del líquido y absorción de calor en el<br />
evaporador.<br />
En el diagrama puede observarse igualmente:<br />
• Pérdida de carga durante la evaporación.<br />
• Pérdida de carga durante la condensación.<br />
Imagen diagrama ciclo real<br />
256
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
RESUMEN<br />
La refrigeración se define como el proceso de reducción y mantenimiento<br />
de la temperatura de un espacio o materia por debajo de la temperatura<br />
del entorno.<br />
Para conseguir refrigerar un espacio o materia existen multitud de<br />
métodos que se basan en propiedades muy distintas, centrándonos en<br />
el ciclo de refrigeración simple de compresión mecánica.<br />
El refrigerante es el fluido operante en el ciclo de refrigeración. Mediante<br />
su cambio de estado, el refrigerante desplaza el calor de un espacio que<br />
se debe refrigerar, hacia el exterior.<br />
El refrigerante circula por el sistema y pasa por diversos cambios de<br />
estado y condición; cada uno de esos cambios se denomina proceso. El<br />
refrigerante comienza en un estado o condición inicial, pasa por una<br />
serie de procesos según una secuencia definida, y vuelve a su condición<br />
inicial. El conjunto de procesos se denomina ciclo de refrigeración. El<br />
ciclo de refrigeración simple se compone de cuatro procesos<br />
fundamentales:<br />
• Expansión.<br />
• Evaporación.<br />
• Compresión.<br />
• Condensación.<br />
Las piezas principales que componen el ciclo de refrigeración de<br />
compresión mecánica son:<br />
• La válvula de regulación o laminación donde se produce la expansión.<br />
• El evaporador donde se realiza el proceso de evaporación del<br />
refrigerante.<br />
• El compresor donde se produce la compresión del refrigerante.<br />
• El condensador donde se realiza el proceso de condensación del<br />
refrigerante.<br />
• Tuberías de unión de todos estos elementos para conseguir un circuito<br />
cerrado.<br />
Estos procesos que componen el ciclo de refrigeración se pueden<br />
representar en un diagrama entálpico.<br />
Dependiendo del tipo de transformación que se quiera representar en<br />
el diagrama entálpico, existen distintos tipos de líneas.<br />
Las distintas líneas que pueden representarse en un diagrama entálpico<br />
257
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
son las siguientes:<br />
• Isóbaras.<br />
• Isentálpica.<br />
• Curva de Andrews.<br />
• Isotermas.<br />
• Isentrópicas.<br />
• Isocoras.<br />
• Isotítricas.<br />
La curva de Andrews divide el diagrama entálpico en tres zonas:<br />
• Zona de líquido subenfriado.<br />
• Zona de vapor-liquido en equilibrio.<br />
• Zona de vapor recalentado.<br />
Las variables que determinan el estado del refrigerante en cada punto<br />
del ciclo de refrigeración son:<br />
• tv = temperatura de vaporización.<br />
• tc = temperatura de condensación.<br />
• pv = presión de vaporización.<br />
• pv = presión de condensación.<br />
• xv = título de vapor o de líquido en la zona de líquido-vapor.<br />
Conociendo cómo se representan en un diagrama entálpico los distintos<br />
procesos ideales que componen el ciclo de refrigeración y sabiendo los<br />
valores de las principales variables que determinan el estado del<br />
refrigerante en cada punto del ciclo, podemos representar el ciclo de<br />
refrigeración ideal en un diagrama entálpico.<br />
En el diagrama entálpico todas las transformaciones producidas en un<br />
ciclo frigorífico son determinadas en unidades térmicas directamente,<br />
sin necesidad de medir áreas, midiendo distancias.<br />
258
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
El ciclo de refrigeración real se aleja del ciclo teórico debido a:<br />
• Tramo 1-2. Recalentamiento en las tuberías de aspiración del<br />
compresor.<br />
• Tramo 2-3. Pérdida de carga en la válvula de aspiración del compresor.<br />
• Tramo 3-4. Recalentamiento del vapor al entrar en el cilindro.<br />
• Tramo 4-5. Compresión real (no isentrópica).<br />
• Tramo 5-6. Pérdida de carga en la válvula de descarga.<br />
• Tramo 6-7. Enfriamiento de los vapores en la tubería entre el compresor<br />
y el condensador.<br />
• Tramo 7-8. Enfriamiento de vapores, condensación y subenfriamiento<br />
del líquido.<br />
• Tramo 8-9. Laminación en la válvula de expansión.<br />
• Tramo 9-1. Evaporación del líquido y absorción de calor en el<br />
evaporador.<br />
259
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
GLOSARIO<br />
Adiabática, compresión: Compresión de gas refrigerante, sin quitarle ni<br />
agregarle calor.<br />
Ambiente: Condiciones circundantes.<br />
Aspiración: Movimiento producido en un fluido por succión.<br />
Bar: Unidad de presión absoluta. Un bar equivale a 100 kPa (0.9869<br />
atmósferas).<br />
Bomba: Cualquiera de las diferentes máquinas que impulsan un gas o<br />
un líquido o lo atraen de algo, por succión o por presión.<br />
Caída de presión: Diferencia de presión en dos extremos de un circuito<br />
o parte de un circuito. Cualquier pérdida de presión en la línea debido<br />
a la fricción del fluido, o a una restricción en la línea.<br />
Calor: Forma de energía que actúa sobre las sustancias para elevar su<br />
temperatura; energía asociada con el movimiento al azar de las moléculas.<br />
Calor de compresión: Efecto de calefacción que se lleva a cabo cuando<br />
se comprime un gas. Energía mecánica de la presión, convertida a energía<br />
calorífica.<br />
Calor de fusión: Calor requerido por una sustancia, para cambiar del<br />
estado sólido al estado líquido, a una temperatura constante.<br />
Calor específico: Relación de la cantidad de calor requerido, para<br />
aumentar o disminuir la temperatura de una sustancia en 1 ºC, comparado<br />
con la que se requiere para aumentar o disminuir la temperatura de una<br />
masa igual de agua en 1 ºC. Se expresa como una fracción decimal.<br />
Calor latente: Cantidad de energía calorífica requerida para efectuar un<br />
cambio de estado (fusión, evaporación, solidificación) de una sustancia,<br />
sin cambio en la temperatura o presión.<br />
Calor latente de condensación: Cantidad de calor liberada por un kg de<br />
una sustancia para cambiar su estado de vapor a líquido.<br />
Calor latente de evaporación: Cantidad de calor requerido por un kg de<br />
sustancia, para cambiar su estado de líquido a vapor.<br />
Calor sensible: Calor que causa un cambio de temperatura en una<br />
sustancia, sin que cambie de estado.<br />
Calor total: Suma del calor sensible y del calor latente.<br />
Caloría: Unidad para medir el calor en el sistema métrico. Equivale a la<br />
cantidad de calor que se requiere, para elevar la temperatura de un<br />
gramo de agua en un grado centígrado. 1000 calorías = 1 kcal.<br />
Cambio de estado: Condición en la cual, una sustancia cambia de sólido<br />
a líquido o de líquido a gas, debido a la aplicación de calor. O a la inversa,<br />
261
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
cuando una sustancia cambia de gas a líquido o de líquido a sólido,<br />
debido a la pérdida de calor.<br />
Capacidad: Sistema de clasificación en refrigeración. Medido generalmente<br />
en kcal/h o en watios.<br />
Carga de refrigerante: Cantidad de refrigerante colocada en un sistema<br />
de refrigeración.<br />
Centígrada, escala: Escala de temperatura usada en el sistema métrico.<br />
El punto de congelación del agua es de 0 ºC, el punto de ebullición es<br />
de 100 ºC.<br />
Cero absoluto (temperatura): Temperatura a la cual cesa todo movimiento<br />
molecular (-273 ºC y -460 ºF).<br />
Ciclo: Serie de eventos u operaciones, que tienen una tendencia a<br />
repetirse en el mismo orden.<br />
Cilindro: Dispositivo que convierte fuerza de un fluido en fuerza y<br />
movimiento mecánico lineal. Este consiste, usualmente, en elementos<br />
móviles tales como un pistón, biela y émbolo, operando dentro de un<br />
cilindro.<br />
Circuito: Instalación de tubería o de alambre eléctrico, que permite el<br />
flujo desde y hacia la fuente de energía.<br />
Climatización: Control de la temperatura, humedad, limpieza y<br />
movimiento de aire en un espacio confinado, según se requiera, para<br />
confort humano o proceso industrial. Control de temperatura significa<br />
calentar cuando el aire está frío, y enfriar cuando la temperatura es muy<br />
caliente<br />
Coeficiente de rendimiento: Relación del trabajo realizado o completado,<br />
en comparación con la energía utilizada.<br />
Compresión: Término utilizado para denotar el proceso de incrementar<br />
la presión, sobre un volumen dado de gas, usando energía mecánica. Al<br />
hacer esto, se reduce el volumen y se incrementa la presión del gas.<br />
Compresor: Máquina en sistemas de refrigeración, hecha para succionar<br />
vapor del lado de baja presión en el ciclo de refrigeración, y comprimirlo<br />
y descargarlo hacia el lado de alta presión del ciclo.<br />
Condensación: Proceso de cambiar de estado un vapor o un gas a líquido,<br />
al enfriarse por abajo de su temperatura de saturación o punto de rocío.<br />
Condensado: Líquido que se forma cuando se condensa un vapor.<br />
Condensador: Componente del mecanismo de refrigeración, el cual<br />
recibe del compresor vapor caliente a alta presión, enfriándolo y<br />
regresándolo luego a su estado líquido. El enfriamiento puede ser con<br />
aire o con agua.<br />
262
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
Condensar: Acción de cambiar un gas o vapor a líquido.<br />
Congelación: Cambio de estado de líquido a sólido.<br />
Control: Dispositivo manual o automático, utilizado para detener, arrancar<br />
y/o regular el flujo de gas, líquido y/o electricidad.<br />
Control de baja presión: Dispositivo utilizado para evitar que la presión<br />
de evaporación del lado de baja, caiga abajo de cierta presión.<br />
Control de refrigerante: Dispositivo que mide el flujo de refrigerante,<br />
entre dos áreas del sistema de refrigeración. También mantiene una<br />
diferencia de presión entre los lados de alta y baja presión del sistema,<br />
mientras la unidad está trabajando.<br />
Densidad: Estrechez de la textura o consistencia de partículas, dentro<br />
de una sustancia. Se expresa como peso por unidad de volumen.<br />
Diferencial: La diferencia de temperatura o presión, entre las temperaturas<br />
o presiones de arranque y paro, de un control.<br />
Efecto refrigerante: cantidad de calor absorbida en el evaporador del<br />
espacio a refrigerar.<br />
Eficiencia: Capacidad de un dispositivo, sistema o actividad, dividida<br />
entre la potencia absorbida necesaria para crear esa capacidad. En un<br />
compresor, la eficiencia sería la capacidad de trabajo, medida por un<br />
cambio de presión, dividida entre la energía eléctrica consumida.<br />
Eficiencia volumétrica: Término utilizado para expresar la relación, entre<br />
el funcionamiento real de un compresor o de una bomba de vacío, y el<br />
funcionamiento calculado en base a ese desplazamiento.<br />
Energía: Habilidad real o potencial de efectuar trabajo.<br />
Energía, conservación de la: Proceso de instituir cambios que resultarán<br />
en ahorros de energía, sobre la revisión de los cálculos para determinar<br />
las cargas principales.<br />
Enfriador: Intercambiador de calor que remueve calor de las sustancias.<br />
Entalpía: La cantidad de calor en un kilogramo de sustancia, calculada<br />
de una base de temperatura aceptada. La temperatura de 0 ºC, es una<br />
base aceptada para los cálculos del vapor de agua. Para cálculos de<br />
refrigeración, la base aceptada es de -40 ºC.<br />
Entropía: Medida de la cantidad de energía que no puede convertirse<br />
en trabajo.<br />
Escala centígrada: Escala de temperaturas usada en el sistema métrico.<br />
El punto de congelación de agua a la presión atmosférica normal, es de<br />
0ºC, y el punto de ebullición, es de 100ºC.<br />
Escala Fahrenheit: En un termómetro Fahrenheit, bajo la presión<br />
263
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
atmosférica normal, el punto de ebullición del agua es de 212 ºF, y el<br />
punto de congelación es de 32 ºF arriba de cero.<br />
Escala Kelvin (K): Escala de temperatura, en la cual, la unidad de medición<br />
es igual al grado centígrado, y de acuerdo a la cual, el cero absoluto es 0<br />
ºK, equivalentes a -273.16 ºC. En esta escala el agua se congela a 273.16 ºK<br />
y bulle a 373.16 ºK.<br />
Escala Rankine (R): Nombre dado a la escala de temperaturas absolutas,<br />
cuyas unidades son similares a los grados Fahrenheit. El cero (0 ºR) en<br />
esta escala equivale a -460 ºF.<br />
Evaporación: Término aplicado al cambio de estado de líquido a vapor.<br />
En este proceso se absorbe calor.<br />
Evaporador: Componente del mecanismo de un sistema de refrigeración,<br />
en el cual, el refrigerante se evapora y absorbe calor.<br />
Expansión: Aumento del volumen de un cuerpo por efecto del incremento<br />
de la temperatura o la disminución de presión.<br />
Fluido: Sustancia que puede estar en estado líquido o gaseoso. Sustancia<br />
que contiene partículas que se mueven y cambian de posición sin<br />
separación de la masa.<br />
Frío: La ausencia de calor. Temperatura considerablemente abajo de la<br />
normal.<br />
Fuerza: La fuerza es una presión acumulada, se expresa en Newtons (N)<br />
en el Sistema Internacional.<br />
Gas: Fase o estado de vapor de una sustancia. Un gas es un vapor<br />
sobrecalentado, muy lejos de su temperatura de saturación.<br />
Humedad: Vapor de agua presente en el aire atmosférico.<br />
Humedad absoluta: Cantidad de humedad (vapor de agua) en el aire,<br />
indicada en g/m2 de aire seco.<br />
Humedad relativa (hr): La cantidad de humedad en una muestra de aire,<br />
en comparación con la cantidad de humedad que el aire tendría, estando<br />
totalmente saturado y a la misma temperatura.<br />
Humidificador: Dispositivo utilizado para agregar y controlar humedad.<br />
Intercambiador de calor: Dispositivo utilizado para transferir calor de<br />
una superficie caliente a una superficie menos caliente (los evaporadores<br />
y condensadores son intercambiadores de calor).<br />
Isentrópica: Nombre con el que se conoce a la línea o líneas que, en una<br />
gráfica, representan un cambio a entropía constante.<br />
Isóbara: Nombre con el que se conoce a la línea o líneas que, en una<br />
gráfica, representan un cambio a presión constante.<br />
264
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
Isócora: Nombre con el que se conoce a la línea o líneas que, en una<br />
gráfica, representan un cambio a volumen constante.<br />
Isoentálpica: Nombre con el que se conoce a la línea o líneas que, en<br />
una gráfica, representan un cambio a entalpia constante.<br />
Isoterma: Nombre con el que se conoce a la línea o líneas que, en una<br />
gráfica, representan un cambio a temperatura constante.<br />
Isotérmica (expansión o contracción): Acción que se lleva a cabo sin un<br />
cambio de temperatura.<br />
Isotérmico: Cambio de volumen o presión bajo condiciones de<br />
temperatura constante.<br />
Isotítrica: Nombre con el que se conoce a la línea o líneas que, en una<br />
gráfica, representan un cambio a titulo constante.<br />
Joule (J): Unidad de energía del Sistema Internacional (SI). Un Joule<br />
equivale al trabajo realizado por la fuerza de un Newton, cuando el punto<br />
de aplicación se desplaza una distancia de un metro, en dirección de la<br />
fuerza.<br />
Kelvin: (Ver Escala Kelvin).<br />
Kilocaloría: Unidad de energía y trabajo, equivalente a mil calorías. Ver<br />
caloría.<br />
Kilopascal (kPa): Unidad de presión absoluta equivalente a mil Pascales.<br />
Ver Pascal.<br />
Kilowatio (kW): Unidad de potencia equivalente a mil Watts. Ver Watt.<br />
Lado de alta: Partes de un sistema de refrigeración, que se encuentran<br />
bajo la presión de condensación o alta presión.<br />
Lado de baja: Partes de un sistema de refrigeración, que se encuentran<br />
por abajo de la presión de evaporación o baja presión.<br />
Lado de succión: Lado de baja presión del sistema, que se extiende desde<br />
el control de refrigerante, pasando por el evaporador, la línea de succión,<br />
hasta la válvula de servicio de entrada al compresor.<br />
Línea de descarga: En un sistema de refrigeración, es la tubería que<br />
acarrea el gas refrigerante, desde el compresor hasta el condensador.<br />
Línea de líquido: Tubería que acarrea refrigerante líquido, desde el<br />
condensador o recibidor, hasta el mecanismo de control de refrigerante.<br />
Línea de succión, aspiración: Tubería que acarrea refrigerante gaseoso,<br />
desde el evaporador hasta el compresor.<br />
Líquido: Sustancia cuyas moléculas se mueven libremente entre sí, pero<br />
que no tienden a separarse como las de un gas.<br />
265
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
Masa: Cantidad de materia mantenida junta, de tal manera que forma<br />
un cuerpo.<br />
Materia: Todo aquello que tiene masa y volumen.<br />
Newton: Unidad de fuerza del Sistema Internacional (SI), equivalente<br />
a la fuerza ejercida sobre un objeto que tiene una masa de un kilogramo,<br />
y una aceleración gravitacional de 1 m/seg2 .<br />
Pascal (Pa): Unidad de presión absoluta en el sistema internacional (SI);<br />
es igual a la fuerza de un Newton ejercida sobre una superficie de un<br />
m2 ; Pa = N/m2 . Para algunos fines científicos o prácticos, el Pascal puede<br />
resultar una unidad muy pequeña, por lo que entonces se utiliza el<br />
kiloPascal (kPa) o el BAR. 1 kPa = 1,000 Pa y 1 BAR = 100 kPa.<br />
Presión: Energía impactada sobre una unidad de área. Fuerza o empuje<br />
sobre una superficie.<br />
Presión absoluta: Es la suma de la presión manométrica más la presión<br />
atmosférica.<br />
Presión atmosférica: Presión que ejerce el aire atmosférico sobre la tierra.<br />
Se mide en kPa, mm de Hg, kg/cm2 , etc. Al nivel del mar, tiene un valor<br />
de 101.325 kPa.<br />
Presión crítica: Condición comprimida del refrigerante, en la cual el<br />
líquido y el gas, tienen las mismas propiedades.<br />
Presión de alta: Término empleado para referirse a la presión, a la cual<br />
se lleva a cabo la condensación, en un sistema de refrigeración.<br />
Presión de baja: Presión del lado de baja del ciclo de refrigeración, a la<br />
cual se lleva a cabo la evaporación.<br />
Presión de condensación: Presión dentro de un condensador, a la cual<br />
el vapor de refrigerante cede su calor latente de evaporación y se vuelve<br />
líquido. Varía con la temperatura.<br />
Presión de descarga: En un sistema de refrigeración se llama así a la<br />
presión contra la que descarga el compresor. Comúnmente, es la presión<br />
que existe en el lado del condensador, y se mide en la descarga del<br />
compresor.<br />
Presión de succión: En un sistema de refrigeración se llama así a la<br />
presión a la entrada del compresor.<br />
Presión de vapor: Presión ejercida por un vapor o un gas.<br />
Presión de vaporización: Presión dentro de un evaporador, a la cual el<br />
líquido de refrigerante absorbe su calor latente de evaporación y se vuelve<br />
vapor. Varía con la temperatura.<br />
Primera Ley de la Termodinámica: La energía no se crea ni se destruye,<br />
sólo se transforma (ley de la conservación de la energía).<br />
266
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
Proceso: Cambio de estado termodinámico de un sistema.<br />
Proceso irreversible: Proceso que no puede revertirse desde su estado<br />
final hasta su estado inicial. Todos los procesos conocidos en nuestro<br />
universo son irreversibles. Todos los procesos están ligados a la entropía,<br />
de tal modo que si alguien afirmara que un proceso es reversible, él<br />
estaría sugiriendo que dicho proceso viola la segunda ley de la<br />
termodinámica.<br />
Proceso reversible: Proceso cuya trayectoria entre los estados inicial y<br />
final se puede conocer (de trayectoria conocida) y revertirse hasta su<br />
estado inicial. No existen procesos reversibles en el universo real.<br />
Recalentamiento: 1- Temperatura del vapor arriba de su temperatura de<br />
ebullición (saturación) a la misma presión. 2- La diferencia entre la<br />
temperatura a la salida del evaporador, y la temperatura más baja del<br />
refrigerante, que se está evaporando en el evaporador.<br />
Receptor de líquido: Cilindro o contenedor conectado a la salida del<br />
condensador, para almacenar refrigerante líquido en un sistema.<br />
Refrigeración: proceso de reducción y mantenimiento de la temperatura<br />
de un espacio o materia por debajo de la temperatura del entorno.<br />
Refrigerante: Sustancia utilizada en los mecanismos de refrigeración.<br />
Absorbe calor en el evaporador, cambiando de estado de líquido a vapor,<br />
liberando su calor en un condensador, al regresar de nuevo del estado<br />
gaseoso al estado líquido.<br />
Rendimiento termodinámico: Medida de la capacidad de una máquina<br />
térmica para transferir por medio de trabajo (W) parte de la energía<br />
absorbida (Qc) desde la fuente caliente, de acuerdo con las limitaciones<br />
resultantes de la Segunda Ley de la Termodinámica. La definición<br />
operacional de Rendimiento Termodinámico es la siguiente<br />
Saturación: Condición existente, cuando una sustancia contiene la mayor<br />
cantidad que pueda retener de otra sustancia, a esa presión y temperatura.<br />
Segunda Ley de la Termodinámica: El calor no fluye espontáneamente<br />
de un sistema frío a otro más caliente.<br />
Sistema: Cantidad de materia incluida entre límites reales o imaginarios.<br />
Subenfriamiento: Enfriamiento de refrigerante líquido por debajo de su<br />
temperatura de condensación.<br />
Sustancia: Cualquier forma de materia o material.<br />
Temperatura: 1- Intensidad de calor o frío, tal como se mide con un<br />
termómetro. 2- Medición de la velocidad del movimiento de las moléculas.<br />
Temperatura absoluta: Temperatura medida desde el cero absoluto.<br />
Temperatura ambiente: Temperatura de un fluido (generalmente el<br />
267
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
aire), que rodea un objeto por todos lados.<br />
Temperatura crítica: Temperatura a la cual el vapor y el líquido tienen<br />
las mismas propiedades.<br />
Temperatura de bulbo húmedo: Medición del grado de humedad. Es la<br />
temperatura de evaporación de una muestra de aire.<br />
Temperatura de bulbo seco: Temperatura del aire, medida con un<br />
termómetro ordinario.<br />
Temperatura de condensación: Temperatura dentro de un condensador,<br />
en el que el vapor de refrigerante, cede su calor latente de evaporación<br />
y vuelve líquido. Varía con la presión.<br />
Temperatura de ebullición: Temperatura a la cual un líquido cambia a<br />
gas.<br />
Temperatura de vaporización: Temperatura dentro de un evaporador,<br />
en el que el liquido de refrigerante absorbe su calor latente de evaporación<br />
y vuelve vapor. Varía con la presión.<br />
Termodinámica: Rama de las ciencias; trata con las relaciones entre el<br />
calor y la acción mecánica.<br />
Termómetro: Instrumento para medir temperaturas.<br />
Trabajo: Forma de transferencia de energía entre un sistema y su medio<br />
exterior, que se manifiesta por la actuación de fuerzas capaces de provocar<br />
distintos efectos, tales como desplazamientos, deformaciones y otros.<br />
Transmisión de calor: Movimiento de calor desde un cuerpo o sustancia<br />
a otro. El calor puede transmitirse por radiación, conducción, convección<br />
o combinación de las tres anteriores.<br />
Unidad de condensación: Parte de un mecanismo de refrigeración que<br />
succiona vapor de refrigerante del evaporador, lo comprime, lo licúa en<br />
el condensador y lo regresa al control de refrigerante.<br />
Unión: Punto de conexión (como entre dos tubos).<br />
Vacío: Presión menor que la atmosférica.<br />
Válvula: Accesorio utilizado para controlar el paso de un fluido.<br />
Válvula de control: Válvula que regula el flujo o presión de un medio,<br />
el cual afecta un proceso controlado. Las válvulas de control son operadas<br />
por señales remotas de dispositivos independientes, que utilizan cualquier<br />
cantidad de medios de control, tales como neumáticos, eléctricos o<br />
electrohidráulicos.<br />
Válvula de descarga: Válvula dentro del compresor de refrigeración, que<br />
permite que salga del cilindro el gas refrigerante comprimido, hacia la<br />
línea de descarga, evitando que se devuelva.<br />
268
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
Válvula de expansión: Tipo de control de refrigerante, que mantiene<br />
presión constante en el lado de baja del sistema de refrigeración. La<br />
válvula es operada por la presión en el lado de baja o de succión. Con<br />
frecuencia, se le conoce como válvula de expansión automática<br />
Válvula de succión: Válvula dentro del compresor de refrigeración, que<br />
permite el ingreso del vapor de refrigerante, proveniente de la línea de<br />
succión, al cilindro, evitando que se devuelva.<br />
Vapor: Estado o fase de una sustancia que está en su temperatura de<br />
saturación, o muy cercano a ella.<br />
Vapor saturado: Vapor que se encuentra a las mismas condiciones de<br />
temperatura y presión que el líquido del cual se está evaporando. Es<br />
decir, si este vapor se enfría, se condensa.<br />
Vaporización: Cambio del estado líquido al gaseoso.<br />
Volumen específico: Volumen por unidad de masa de una sustancia<br />
(m3 /kg).<br />
Watt (W)/ Watio: Unidad de potencia, equivale a la potencia producida<br />
al realizar un trabajo de 1 Joule por segundo (1 Watt = 1 J/s).<br />
269
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
1. ¿Qué es la refrigeración?<br />
2. ¿En qué pieza de la máquina frigorífica se produce la absorción del<br />
calor del espacio que se quiere refrigerar, y qué efecto tiene sobre el<br />
líquido refrigerante?<br />
3. Un equipo de refrigeración que funciona mediante un ciclo de<br />
refrigeración simple de compresión mecánica contiene los siguientes<br />
datos:<br />
Suponemos que el ciclo de refrigeración es ideal (compresión<br />
isentrópica).<br />
El refrigerante utilizado es amoniaco.<br />
La presión absoluta de condensación es 7 kg/cm_<br />
La presión absoluta de evaporación es 3 kg/cm_<br />
Dibuja sobre el siguiente diagrama P-h, el ciclo de refrigeración ideal<br />
que sigue el amoniaco y calcula:<br />
El efecto refrigerante por kg de refrigerante.<br />
El equivalente térmico del trabajo de compresión por kg de<br />
refrigerante.<br />
El calor cedido en la condensación por kg de refrigerante.<br />
El coeficiente de efecto frigorífico.<br />
4. ¿Qué partes constituyen el lado de baja en un sistema de refrigeración?<br />
5. ¿Cómo le afecta al efecto refrigerante y al trabajo de compresión el<br />
aumento de la temperatura de vaporización en un ciclo de<br />
refrigeración?<br />
6. ¿Cómo varía el coeficiente de efecto frigorífico cuando el líquido<br />
271
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
refrigerante es subenfriado antes de que llegue a la válvula de<br />
expansión y por qué?<br />
7. ¿Cómo afecta al coeficiente de efecto frigorífico la pérdida de presión<br />
en el evaporador y por qué?<br />
8. Enumera las diferencias entre el ciclo frigorífico real y el ciclo<br />
frigorífico ideal.<br />
272
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS<br />
BIBLIOGRAFÍA<br />
Alarcón Creus, José: Tratado Práctico de Refrigeración Automática, 12ª edición<br />
ampliada y puesta al día con la inclusión de los nuevos refrigerantes HFC<br />
sin cloro, Barcelona: Edit. Marcombo, S.A., 1998.<br />
Amigo, P.: Termotecnia. Aplicaciones Industriales, Editorial Mundi-Prensa,<br />
1999.<br />
Balboa, Joan: Manual de Instalaciones Frigoríficas, 2ª Edición, Barcelona:<br />
Edit. Ediciones Ceysa, 2003.<br />
Cano, G.: Manual para la Operación y Funcionamiento de Almacenes Frigoríficos<br />
de Productos Cárnicos, Editorial FAO, 1991.<br />
López, A.: Las Instalaciones Frigoríficas en las Industrias Agroalimentarias,<br />
Madrid: Ediciones A. Madrid Vicente / Mundi-prensa libros, S.A., 1994.<br />
Maestre Albert, Joaquín; Melgarejo Moreno, Pablo; y otros / Colegio<br />
Oficial de Ingenieros Agrónomos de Murcia: Curso de Ingeniería del frío,<br />
Madrid: Ediciones A. Madrid Vicente, 1993.<br />
Manual técnico Valycontrol, 1996, distribuido por Valycontrol S.A.<br />
Ramírez, Carlos Mario; García, Mateo Miguel; García García, Ceferino:<br />
Termodinámica, Derechos reservados respecto a la primera edición en<br />
español por McGRAW-HILL INTERAMERICANA DE MÉXICO, S.A. de<br />
C.V.<br />
Rapin, P.: Prontuario del Frío, Tercera Edición traducida y ampliada de la<br />
tercera edición francesa, Edit. Editores Técnicos Asociados, 1994.<br />
Rapin, P.; Jacquard, P. J.: Instalaciones frigoríficas. Tomo 1 Física Aplicada,<br />
Barcelona: Edit. Marcombo Boixareu Editores, 1997.<br />
Sánchez y Pineda de las Infantas, Mª Teresa: Ingeniería del frío: Teoría y<br />
Práctica, Madrid: Edit. A. Madrid Vicente/ Mundi-prensa libros, S.A.,<br />
2001.<br />
Segura Clavell, José: Termodinámica Técnica, Barcelona: Edit. Reverté S.A.,<br />
1993.<br />
273
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS<br />
FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
M 1 / UD 5
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
ÍNDICE<br />
Introducción.................................................................................. 285<br />
Objetivos........................................................................................ 287<br />
1. Compresores............................................................................ 289<br />
1.1. Tipos de compresores................................................... 289<br />
1.2. Compresores alternativos ordinarios........................... 290<br />
1.3. Compresores alternativos especiales............................ 294<br />
1.4. Compresores rotativos .................................................. 297<br />
1.5. Otros tipos de compresores de desplazamiento<br />
positivo........................................................................... 299<br />
1.6. Compresores centrífugos ............................................. 301<br />
1.7. Aplicaciones s de los diferentes tipos<br />
de compresores ............................................................. 303<br />
1.8. Partes constituyentes de un compresor....................... 303<br />
1.9. Ciclo de un compresor. Dimensionamiento<br />
y rendimiento de un compresor .................................. 314<br />
1.10. Potencia de un compresor ........................................... 322<br />
1.11. Régimen de funcionamiento de un compresor.......... 323<br />
1.12. Regulación de potencia en compresores alternativos 324<br />
1.13. Selección de un compresor.......................................... 325<br />
2. Evaporadores ........................................................................... 326<br />
2.1. Evaporador. Definición y función................................ 326<br />
2.2. Características que debe reunir un evaporador.......... 327<br />
2.3. Tipos de evaporadores.................................................. 328<br />
2.4. Sistemas directos e indirectos de enfriamiento .......... 340<br />
2.5. Parámetros característicos............................................ 341<br />
2.6. Posición de los ventiladores ......................................... 349<br />
2.7. Escarche y desescarche de los evaporadores............... 349<br />
3. Condensadores........................................................................ 357<br />
3.1. Condensadores. Definición, función y características. 357<br />
3.2. Partes constituyentes..................................................... 358<br />
3.3. Clasificación de los condensadores ............................. 358<br />
3.4. Selección de condensadores ........................................ 370<br />
281
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
3.5. Funcionamiento del condensador............................... 371<br />
3.6. Flujo e incremento de la temperatura<br />
del medio condensante ................................................ 375<br />
4. Dispositivos de seguridad y regulación .................................. 379<br />
4.1. Tipos de dispositivos de seguridad y regulación......... 379<br />
4.2. Tipos de dispositivos de seguridad .............................. 396<br />
4.3. Dispositivos eléctricos de seguridad y control............. 398<br />
5. Torres de refrigeración........................................................... 401<br />
5.1. Introducción ................................................................ 401<br />
5.2. Clasificaciones de las torres de refrigeración............. 402<br />
5.3. Principios físicos de funcionamiento .......................... 407<br />
5.4. Elementos constituyentes ............................................. 409<br />
5.5. Evaluación de rendimientos......................................... 417<br />
5.6. Mantenimiento ............................................................. 425<br />
6. Elementos auxiliares de los sistemas frigoríficos................... 429<br />
6.1. Silenciadores ................................................................ 429<br />
6.2. Receptor de líquido ...................................................... 429<br />
6.3. Acumulador de succión................................................ 430<br />
6.4. Separadores de aspiración............................................ 432<br />
6.5. Separadores de aceite ................................................... 434<br />
6.6. Sistemas de retorno de aceite a los compresores........ 435<br />
6.7. Filtro deshidratador...................................................... 437<br />
6.8. Pre-enfriador ................................................................. 437<br />
6.9. Indicadores de líquido humedad ................................ 438<br />
6.10. Intercambiadores de calor ........................................... 438<br />
6.11. Purgadores .................................................................... 439<br />
6.12. Drenaje .......................................................................... 440<br />
6.13. Cilindro de carga .......................................................... 440<br />
6.14. Equipos de vaciado y de carga ..................................... 440<br />
6.15. Suministro de energía y cableado de enlace............... 440<br />
7. Materiales................................................................................. 446<br />
7.1. Tipos y designacion comercial; condiciones<br />
de utilización y aplicaciones......................................... 446<br />
282
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
8. Lubricantes.............................................................................. 464<br />
8.1. Introducción ................................................................. 464<br />
8.2. Clasificaciones ............................................................... 465<br />
8.3. Aceites para refrigeración ............................................ 467<br />
8.4. Manipulación ................................................................ 481<br />
9. Refrigerantes ........................................................................... 484<br />
9.1. Introducción ................................................................. 484<br />
9.2. Historia de los refrigerantes......................................... 494<br />
9.3. Clasificación y Normativa ............................................. 498<br />
9.4. Manipulación ................................................................ 509<br />
10. Mantenimiento y reparación de <strong>equipos</strong>............................... 520<br />
10.1. Introducción ................................................................. 520<br />
10.2. Diagnóstico de averías en máquinas y <strong>equipos</strong> ........... 521<br />
10.3. Herramientas y utillaje ................................................. 525<br />
10.4. Tablas de averías. Identificación de causas.................. 529<br />
10.5. Procedimientos en caso de averías .............................. 568<br />
10.6. Herramientas y utillaje ................................................. 573<br />
10.7. Mantenimiento ............................................................. 577<br />
10.8. Documentación relacionada ........................................ 582<br />
10.9 Medidas de seguridad................................................... 583<br />
Resumen ........................................................................................ 587<br />
Glosario ........................................................................................ 593<br />
Cuestionario de Autoevaluación.................................................. 619<br />
Bibliografía .................................................................................... 625<br />
283
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
INTRODUCCIÓN<br />
El mantenimiento de una instalación debe realizarse siempre conociendo<br />
los elementos que la componen, así como el funcionamiento de éstos y<br />
sus interacciones, de este modo podrá valorarse el buen funcionamiento<br />
de una instalación o en caso contrario detectar con mayor rapidez las<br />
posibles causas del mal funcionamiento.<br />
Es necesario también conocer los parámetros de diseño de la instalación<br />
y el ciclo de frigorífico que atraviesa el refrigerante (contemplados en<br />
la unidad 4 ‘’Sistemas Frigoríficos’’) para proceder a una rápida localización<br />
y reparación de las averías.<br />
En la siguiente unidad didáctica se profundiza en el estudio de los <strong>equipos</strong><br />
y materiales constituyentes de los sistemas frigoríficos, compresor,<br />
evaporador, condensador, dispositivos de seguridad y regulación,<br />
lubricantes y fluidos refrigerantes, estableciendo las características técnicas<br />
de cada uno de ellos, su función y su posición en la instalación.<br />
Se prestará especial atención a las labores de mantenimiento, marcando<br />
las pautas a seguir en caso de averías e identificando los posibles motivos<br />
de los fallos en el funcionamiento del sistema.<br />
285
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
OBJETIVOS<br />
Los temas desarrollados en la unidad didáctica “Equipos y materiales’’<br />
permitirán al alumno:<br />
• Conocer los tipos, funcionamiento y características de :<br />
- Compresores<br />
- Evaporadores<br />
- Condensadores<br />
• Identificar los distintos dispositivos de seguridad y regulación, sus<br />
principios de funcionamiento y actuaciones que ejercen sobre los<br />
demás constituyentes.<br />
• Conocer las partes constituyentes y funcionamiento de las torres de<br />
refrigeración.<br />
• Distinguir los elementos auxiliares de los sistemas frigoríficos y sus<br />
funciones.<br />
• Conocer los materiales empleados en las instalaciones frigoríficas,<br />
atendiendo al reglamento de Seguridad para Plantas e Instalaciones<br />
Frigoríficas, y los accesorios para la correcta ejecución de la instalación,<br />
como sujeciones, procesos de soldadura, aislantes térmicos y acústicos.<br />
• Clasificar los lubricantes según su origen y propiedades, y conocer<br />
las condiciones para su correcta manipulación.<br />
• Distinguir los distintos tipos de refrigerantes, su clasificación, las<br />
aplicaciones concretas de los distintos tipos, su manipulación así<br />
como la normativa por la que se rigen y la evolución que se está<br />
experimentando hacia refrigerantes menos contaminantes y más<br />
eficaces.<br />
• Conocer las pautas a seguir en las labores de mantenimiento, las<br />
operaciones a realizar para detectar posibles averías y las técnicas<br />
para reparación de <strong>equipos</strong>.<br />
287
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
1. COMPRESORES<br />
En este punto nos centraremos en el estudio del compresor frigorífico,<br />
porque aunque el evaporador se considera el elemento principal de una<br />
instalación frigorífica, como generador de frío, el compresor, junto a la<br />
válvula de expansión, es el elemento mecánico más complicado y delicado<br />
de la instalación.<br />
El compresor funciona como una bomba que hace circular el refrigerante<br />
en el circuito de refrigeración. El compresor aspira los vapores producidos<br />
por la evaporación del fluido frigorígeno en el evaporador a una presión<br />
débil, correspondiente a las condiciones de funcionamiento, y descarga<br />
en el condensador a una presión suficientemente alta para que el fluido<br />
condense a la temperatura de las fuentes naturales (aire, agua).<br />
1.1. Tipos de compresores<br />
Basándose en el principio de funcionamiento se distinguen dos grupos<br />
principales de compresores:<br />
• Compresores de desplazamiento positivo, o volumétricos.<br />
• Compresores de desplazamiento cinético, o dinámicos.<br />
Compresores de desplazamiento positivo, o volumétricos:<br />
• Compresores alternativos:<br />
- Ordinarios: verticales, horizontales y radiales.<br />
- Especiales: de pistón seco, de laberinto, electromagnéticos.<br />
• Compresores rotativos:<br />
- De paletas.<br />
- De excéntrica.<br />
• Otros tipos:<br />
- De tornillo.<br />
- De membrana.<br />
Compresores de desplazamiento cinético, o dinámicos:<br />
• Compresores dinámicos:<br />
- Centrífugos.<br />
- Axiales.<br />
289
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Los compresores alternativos, los rotativos, los de tornillo y los de<br />
membrana comprenden los llamados compresores de desplazamiento<br />
positivo. El fluido frigorígeno sufre una verdadera compresión mecánica,<br />
pues la reducción volumétrica se realiza mediante un elemento que<br />
comprime.<br />
La compresión centrífuga se realiza gracias a la acción de la fuerza<br />
centrífuga ejercida sobre los vapores atrapados durante la rotación de<br />
un rodete a gran velocidad, no poseyendo elemento que comprime.<br />
Además de esta clasificación, todos los compresores, tanto los volumétricos<br />
como los dinámicos, se pueden clasificar en abiertos, semiherméticos y<br />
herméticos.<br />
Un compresor de tipo abierto es aquel en el que el compresor y el motor<br />
de accionamiento están claramente diferenciados en dos carcasas. Los<br />
compresores herméticos contienen el motor y el compresor en una<br />
misma carcasa herméticamente cerrada, atravesando únicamente las<br />
paredes de la carcasa la tubería de descarga que va al compresor, y la de<br />
aspiración que desemboca en la carcasa; así se evitan las posibles fugas<br />
de refrigerante.<br />
Los de grupos semiherméticos son aquellos en los que el motor y el<br />
compresor se encuentran en una sola carcasa accesible desde el exterior.<br />
Las juntas son la única diferencia entre los semiherméticos y los herméticos,<br />
calculadas y fabricadas para reducir a cero las fugas.<br />
Compresor alternativo hermético Compresor alternativo semihermético<br />
1.2. Compresores alternativos ordinarios<br />
Es el tipo de compresor más difundido actualmente. En los compresores<br />
alternativos, el elemento compresor, émbolo o pistón, se mueve<br />
alternativamente, accionado por un sistema biela-manivela, dentro de<br />
un cilindro que contiene los vapores de refrigerante.<br />
Sin embargo varían bastante los diseños, encontrándonos con compresores<br />
con los cilindros, en V, W o estrella, con válvulas o no en los pistones,<br />
y con funcionamiento por cigüeñal o por excéntrica.<br />
290
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Compresor alternativo<br />
Los compresores alternativos ordinarios se clasifican en distintas categorías<br />
dependiendo de:<br />
• El número de caras activas del émbolo:<br />
- De simple efecto, donde una sola cara del émbolo es activa.<br />
- De doble efecto, con dos caras activas del émbolo, con dos<br />
compresiones por vuelta.<br />
• La dirección de movimiento del émbolo:<br />
- Compresores horizontales, cilindros colocados horizontalmente.<br />
- Compresores verticales, cilindros colocados verticalmente.<br />
- Compresores radiales, cilindros inclinados pudiéndose encontrar<br />
disposiciones en V (con dos o múltiplos de dos cilindros), en W<br />
( tres cilindros o múltiplos de tres), en VV (cuatro cilindros o<br />
múltiplos de cuatro)<br />
• El movimiento del fluido en el cilindro en su expulsión:<br />
- Compresores de tipo continuo, donde el vapor tiene el mismo<br />
sentido que el fluido comprimido.<br />
- Compresores de tipo alterno, en el que los sentidos son opuestos<br />
en las dos caras.<br />
• La estanqueidad:<br />
- Compresores de carter abierto, el sistema biela-manivela no está<br />
aislado del exterior.<br />
- Compresores de carter cerrado, el sistema biela manivela está<br />
aislado del exterior.<br />
• Numero de escalones en la compresión:<br />
- Compresores simples: un único escalón.<br />
- Compresores múltiples: más de un escalón.<br />
• El ámbito de aplicación y potencia frigorífica:<br />
291
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
- Domésticos, de menos de 500 Kcal/h de capacidad frigorífica<br />
(siempre herméticos).<br />
- Comerciales, entre 500 y 15.000 Kcal/h.<br />
- Industriales, de más de 15.000 Kcal/h.<br />
Funcionamiento de un compresor alternativo ordinario.<br />
Descenso del pistón:<br />
Consideremos el pistón en el punto más alto de su carrera, cuando acaba<br />
de descargar el gas en la cámara de compresión. La cabeza del pistón<br />
no toca exactamente en el fondo del cilindro, pues hay que tener en<br />
cuenta las dilataciones que pueden producirse, las holguras inevitables,<br />
etc. Por tanto, en su punto más alto la cabeza del pistón dista un espacio<br />
‘e’ del fondo del cilindro.<br />
Este espacio se denomina ‘espacio perjudicial’ o ‘espacio muerto’. En<br />
él quedan encerrados los gases a la presión de compresión. Cuando el<br />
pistón desciende, las dos válvulas están cerradas y el gas va ocupando<br />
mayor volumen, ya que va disminuyendo la presión. Esto sucede hasta<br />
que la presión en la parte superior del cilindro llega a ser ligeramente<br />
inferior a la presión de la cámara de aspiración. En ese momento se abre<br />
la válvula de aspiración y el gas entra en el cilindro, pero éste ha recorrido<br />
un espacio ‘Se’.<br />
Tanto el espacio perjudicial ‘e’ como la parte ‘Se’ de la cámara son<br />
ineficaces pues durante ellas no entra gas en el cilindro. Para que el gas<br />
entre, la presión en lo alto del cilindro debe ser ligeramente inferior a<br />
la de la cámara de aspiración y esto es debido a la inercia de las válvulas.<br />
Por tanto solo es útil la parte ‘Sv’ de la carrera.<br />
Funcionamiento de un compresor alternativo<br />
292
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Ejemplo:<br />
Calcular ‘Se’, es decir, el punto de apertura de la válvula sin tener en<br />
cuenta la inercia de la misma, siendo el espacio perjudicial de un<br />
compresor que tiene una carrera ‘S’ de 87 mm, de 0,8 mm. La presión<br />
de descarga es de 5,8 bares; la presión de aspiración es de 1,54 bares.<br />
Solución: Como la sección del cilindro es siempre la misma, los volúmenes<br />
son siempre proporcionales a las longitudes.<br />
En los cálculos sólo se utilizan presiones absolutas:<br />
Presión absoluta de descarga: 5,8 + 1,02 = 6,82 bares.<br />
Presión absoluta de aspiración: 1,54 + 1,02= 2,56 bares.<br />
Según la ley de Boyle-Mariotte:<br />
y como los volúmenes son proporcionales a las longitudes<br />
luego,<br />
y<br />
‘Se’ es el 15,2% de la carrera.<br />
Subida del pistón<br />
En el punto más bajo, el cilindro está, pues, lleno de gas a la presión de<br />
aspiración. Al iniciar la subida, la válvula de aspiración se cierra. El pistón<br />
comprime el gas hasta que su presión llega a ser ligeramente superior<br />
a la presión de la cámara de compresión. Se abre entonces la válvula de<br />
descarga y los gases pasan a la cámara de compresión y de ésta al<br />
condensador.Por las mismas razones que cuando descendía el pistón la<br />
inercia de la válvula de compresión y la presión ejercida por su resorte<br />
retardan un poco el momento de la abertura. La posición del punto de<br />
apertura de la válvula de compresión se calcula aproximadamente igual<br />
que en el caso anterior.<br />
Ejemplo:<br />
Si las presiones de descarga y aspiración son las mismas que en el ejemplo<br />
anterior, calcular el momento de la apertura de la válvula de descarga,<br />
sin tener en cuenta la inercia de la misma.<br />
293
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Solución:<br />
‘Sa’ = Carrera del pistón antes de abrirse la válvula de descarga.<br />
‘Sb’ = Carrera del pistón con la válvula ya abierta.<br />
‘e’ = Espacio perjudicial.<br />
Como los volúmenes son proporcionales a las longitudes, aplicando la<br />
ley de Boyle-Mariotte se obtiene:<br />
luego<br />
y<br />
Funcionamiento de un compresor alternativo<br />
1.3. Compresores alternativos especiales<br />
Compresores de pistón seco con laberinto o con segmentos de plástico:<br />
Los compresores de pistones secos o sin engrase son de concepción y<br />
realización reciente aportando una solución al problema de la compresión<br />
de un fluido sin estar contaminado por el aceite de lubricación del<br />
mecanismo de compresión. Es imposible, en efecto, sea o no miscible<br />
294
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
el fluido con el aceite de engrase, evitar el arrastre mecánico de este<br />
último y, en consecuencia, la contaminación del fluido que si en cierta<br />
medida puede tolerarse en una instalación frigorífica, es por el contrario<br />
totalmente incompatible con ciertas utilizaciones particulares de los gases<br />
comprimidos, particularmente en las industrias alimentarias.<br />
Se pensó entonces en la construcción de compresores que no necesitaran<br />
lubrificación alguna entre el pistón y el cilindro y en los que además<br />
estos elementos estuviesen separados completamente del cárter,<br />
obteniéndose dos soluciones:<br />
• El compresor de pistón seco con laberinto.<br />
• El compresor de pistón seco con segmentos de plástico.<br />
Compresor de pistón seco con laberinto ‘Sulzer’:<br />
La solución adoptada en 1935 por la firma Sulzer; destinado a comprimir<br />
aire atmosférico, consiste en la realización de un compresor cuyo pistón<br />
comprende una serie de gargantas circulares. Este pistón se desplaza<br />
dentro de un cilindro liso; las fugas entre pistón y cilindro, normalmente<br />
limitadas por los segmentos estancos, lo son aquí por las gargantas que<br />
forman un laberinto entre la parte superior del pistón y el carter del<br />
compresor. Esta fuga mínima tiene además la ventaja de motivar el<br />
autocentrado del pistón en el interior del cilindro y de disminuir los<br />
rozamientos entre ambas piezas, deslizándose el pistón sobre un lecho<br />
gaseoso interpuesto entre aquel y el cilindro. A mayor velocidad de<br />
rotación menores son las fugas.<br />
Tras estos primeros usos, los compresores de pistón seco pasaron al<br />
campo de la refrigeración, empleándose con refrigerantes tales como R-<br />
22, R-13, etano, propano, etileno, amoniaco, etc.<br />
Posteriormente, aparece el compresor de pistones secos con segmentos<br />
de plástico Quiri.<br />
La diferencia esencial existente entre el compresor Sulzer y el compresor<br />
Quiri proviene del dispositivo utilizado para suprimir toda lubrificación<br />
entre pistón y cilindro. En el compresor Sulzer, la solución del problema<br />
consiste en el pistón especial de laberinto, mientras que en el compresor<br />
Quiri tenemos un pistón clásico, de aleación de aluminio con cinco<br />
segmentos: uno central, y a un lado y otro de éste, dos segmentos de<br />
estanqueidad. Estos segmentos son de tetrafluoretileno, material que se<br />
conoce mejor por el nombre de ‘teflon’ y que se caracteriza por su<br />
resistencia química excepcional, sus propiedades autolubrificantes y un<br />
bajo coeficiente de rozamiento. Estas notables propiedades se mejoran<br />
todavía con la adición de fibras de vidrio (resistencia mecánica), grafito<br />
(evacuación del calor de rozamiento), etc.<br />
295
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Actualmente, la mayoría de los compresores de pistón seco se construyen<br />
con segmentos de este material plástico.<br />
En la figura se muestra la forma de un compresor de pistón seco y el<br />
detalle de un pistón de laberinto a la izquierda, y otro con segmentos a<br />
la derecha.<br />
Corte de un compresor de pistón seco. A la izquierda pistón con laberinto. A la derecha pistón con segmentos de plástico<br />
Compresores electromagnéticos.<br />
Este tipo de compresores se utiliza generalmente para frigoríficos<br />
domésticos. Su velocidad de funcionamiento es igual a la frecuencia de<br />
la corriente alterna. Los compresores electromagnéticos constan de tres<br />
componentes principales, fijados sobre un soporte en fundición y<br />
suspendidos en una caja estanca de acero:<br />
• Un motor síncrono constituido por un circuito magnético laminar,<br />
que lleva dos bobinados unidos a los bordes de la red de alimentación<br />
y un imán.<br />
• Un sistema oscilatorio mecánico constituido por una lámina resorte<br />
que lleva, encajado dentro de una aleación ligera, el imán, que puede<br />
por tanto desplazarse según un movimiento pendular.<br />
• Un componente aspirador-compresor que consta esencialmente de<br />
un cilindro fijo, un pistón llevado por el imán móvil y que permite<br />
efectuar la aspiración, y una válvula de descarga.<br />
Al conectar los bornes del compresor a la corriente alterna, se induce<br />
un flujo magnético en el núcleo del circuito magnético.<br />
Este flujo magnético cambia continuamente de sentido con la corriente<br />
alterna y varía entre dos valores aproximadamente iguales y de signo<br />
contrario. Las variaciones de flujo tienen como consecuencia la aparición<br />
296
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
de polaridades alternativamente norte y sur en las extremidades del<br />
imán, y por consiguiente, la aparición de una fuerza alternativa, según<br />
su línea de desplazamiento.<br />
El imán móvil se pone así en movimiento, arrastrando el pistón, que<br />
puede entonces realizar su trabajo de compresión en el cilindro fijo,<br />
comprimiendo el fluido refrigerante aspirado directamente de la carcasa.<br />
Esquema de un compresor electromagnético<br />
1.4. Compresores rotativos<br />
Los compresores rotativos son también compresores volumétricos, ya<br />
que la compresión de los vapores aspirados se obtiene dentro de un<br />
recinto de volumen variable. El elemento compresor puede ser de émbolo<br />
o de paletas, y se encarga de reducir el volumen del espacio comprendido<br />
entre el cilindro estator y el elemento mecánico que lo complete.<br />
Estos compresores son de movimiento continuo, lo que permite hacerlos<br />
girar a velocidades mayores que los compresores alternativos.<br />
Se pueden utilizar tanto con todos los refrigerantes del tipo<br />
fluorcarbonados como con amoniaco. Los mejores resultados se han<br />
obtenido con fluidos cuya temperatura de ebullición, a presión atmosférica,<br />
es relativamente elevada (-5º C a +15º C).<br />
297
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Estos compresores se fabrican en todas las potencias y puede conseguirse<br />
un vacío muy grande ya que su espacio perjudicial es prácticamente<br />
despreciable.<br />
En comparación con los compresores de pistón, los compresores rotativos<br />
son compactos, de construcción sencilla y con menos piezas. Además,<br />
los compresores rotativos tienen un excelente coeficiente de rendimiento<br />
y eficiencia.<br />
Sin embargo exigen una gran precisión en la fabricación, ya que no<br />
contienen juntas entre la alta y baja presión; por esta razón su campo de<br />
aplicación es la media presión. Otro inconveniente es que exigen una<br />
gran resistencia al desgaste entre las piezas en contacto, por eso el engrase<br />
tiene en estos compresores una gran importancia y se realiza a presión.<br />
Existen dos tipos fundamentales de compresores rotativos:<br />
• Compresores de paletas.<br />
• Compresores de excéntrica.<br />
Compresores de paletas<br />
Los compresores de paletas están constituidos por un rotor ranurado<br />
con varias paletas que se instalan a distancias iguales, introducido dentro<br />
de un cilindro de tal forma que en todo momento mantenga una<br />
generatriz común con éste<br />
Compresor rotativo de paletas<br />
Dichas paletas se mantienen constantemente apoyadas en el cilindro por<br />
medio de resortes, y en determinados momentos merced a la fuerza<br />
centrífuga desarrollada en la rotación.<br />
El refrigerante procedente del evaporador pasa a través del orificio de<br />
aspiración o de succión, llenando el espacio comprendido entre el<br />
cilindro, el rotor y las dos paletas contiguas. Al girar el rotor, se va<br />
reduciendo el volumen de refrigerante comprimiéndose hasta llegar al<br />
final de la vuelta, descargándose entonces el gas comprimido por el<br />
orificio de descarga o de compresión hacia el condensador.<br />
Este tipo de compresores rotativos requiere el uso de válvulas de control<br />
en la línea de aspiración o de descarga, para evitar que el refrigerante<br />
de descarga regrese a través del compresor y de la tubería de aspiración<br />
al evaporador cuando el compresor está parado.<br />
298
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Compresor de excéntrica<br />
Consta de un rodillo cilíndrico de acero que gira sobre un eje excéntrico,<br />
montado éste concéntricamente con un cilindro. Debido al eje excéntrico,<br />
el rodillo cilíndrico toca sólo al cilindro a lo largo de una generatriz.<br />
Al girar el eje, el rodillo se desliza alrededor de la pared del cilindro, en<br />
la dirección del sentido de giro del eje, manteniendo siempre contacto<br />
con la pared del cilindro.<br />
Una paleta, montada en una ranura en la pared del cilindro, está siempre<br />
en contacto con el rodillo obligada por un resorte. La paleta se mueve<br />
hacia dentro o hacia fuera en su ranura de alojamiento, según va girando<br />
el rodillo. Esta paleta establece la separación entre la aspiración y la<br />
descarga.<br />
Cuando el rodillo está tangente al cilindro en el lugar de la paleta, todo<br />
el espacio comprendido entre el rodillo y el cilindro se llena de gas<br />
procedente del evaporador. Este espacio va disminuyendo de volumen<br />
a medida que el rodillo gira y la descarga se efectúa cuando el rodillo<br />
está tangente al cilindro sobre el orificio de descarga.<br />
En el paso de descarga existe una válvula de tipo de lengüeta que evita<br />
que el gas comprimido regrese a la cámara del cilindro. Hay que resaltar<br />
que en este tipo de compresor la aspiración se hace de una manera<br />
continua.<br />
1.5. Otros tipos de compresores de desplazamiento positivo<br />
Compresores de Tornillo<br />
Compresor rotativo tipo excéntrica<br />
Llamados también helicoidales por la forma en hélice de sus rotores, se<br />
utilizan, igual que los compresores centrífugos, para la obtención de<br />
potencias frigoríficas muy elevadas.<br />
No emplean válvulas de aspiración ni de descarga, y la compresión del<br />
refrigerante evaporado se obtiene en el espacio resultante entre los<br />
299
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
engranajes helicoidales de igual diámetro exterior montados dentro de<br />
un carter de fundición de alta resistencia.<br />
El compresor de tornillo, compuesto por dos engranajes helicoidales,<br />
uno macho de perfil semicircular, con cuatro lóbulos, y el otro hembra<br />
con seis huecos (alveolos) de igual perfil, realiza la compresión de los<br />
vapores refrigerantes por la reducción volumétrica que se consigue en<br />
el espacio cerrado entre el carter y los huecos entre engranajes. En esta<br />
compresión el fluido es arrastrado tanto radial como axialmente.<br />
El alveolo juega, muy aproximadamente, el papel de un cilindro cuyo<br />
volumen se reduce progresivamente en su lado delantero, mientras que<br />
el lóbulo realiza la función de pistón hasta que la rotación lo lleva frente<br />
a la boca de descarga.<br />
Estos compresores deben ir provistos de separadores de aceite eficaces,<br />
ya que el enfriamiento se realiza por inyección de aceite en las diversas<br />
partes de la misma, el cual, naturalmente, se mezcla con el refrigerante<br />
aspirado. La inyección de aceite permite aumentar considerablemente<br />
la estanqueidad interna del engranaje y alcanzar relaciones de compresión<br />
de 1:20.<br />
El compresor de tornillo combina las ventajas de los compresores de<br />
desplazamiento positivo con la de los compresores centrífugos.<br />
Compresores de membrana<br />
Componentes de un compresor de tornillo<br />
Este compresor no tiene cierre de cigüeñal pues el fluido refrigerante<br />
no penetra en el carter, ni en el cilindro.<br />
El funcionamiento es el siguiente:<br />
Un pistón descarga y aspira aceite bajo una membrana pistón deformable<br />
sujeta entre dos tapas. Esta membrana se apoya alternativamente en la<br />
tapa superior y en la inferior, descargando y aspirando así el gas cada<br />
vez.<br />
300
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Una bomba auxiliar movida por el cigüeñal envía aceite sobre el pistón<br />
y un limitador de presión regulable deja volver al cárter el aceite sobrante.<br />
Los compresores de membrana se utilizan para pequeñas y medianas<br />
potencias. Tienen la ventaja de suprimir la preocupación del retorno del<br />
aceite, ya que éste no se mezcla con el fluido, y de suprimir el cierre del<br />
cigüeñal, pero presenta el inconveniente de las posibles roturas de la<br />
membrana.<br />
1.6. Compresores centrífugos<br />
Los compresores centrífugos o turbo-compresores no poseen un elemento<br />
mecánico que realice la compresión de los vapores aspirados, sino que<br />
la compresión se debe a la fuerza centrífuga ejercida por la rotación a<br />
alta velocidad de los rodetes.<br />
El compresor centrífugo emplea el aumento de la energía cinética del<br />
fluido, obtenida al utilizar la fuerza centrífuga provocada por la gran<br />
velocidad periférica en que el fluido sale de los alabes del rotor, velocidad<br />
que al pasar seguidamente a través de un difusor, con la consiguiente<br />
caída de velocidad, obtiene, como contrapartida, un aumento de presión.<br />
Dichos compresores consisten fundamentalmente en una serie de rodetes,<br />
montados sobre un eje de acero y encerrados en una cubierta de hierro<br />
fundido. El número de rodetes empleados depende de la presión final<br />
a la que haya que someter al gas. Lo más corriente son compresores con<br />
dos, tres y cuatro rodetes.<br />
Los rodetes, consisten en dos discos, con varias palas o alabes montados<br />
radialmente entre ellos. Para resistir la corrosión y la erosión, las palas<br />
del rodete se construyen de acero inoxidable, o de acero con una capa<br />
de plomo. El principio de funcionamiento de estos compresores es el<br />
siguiente: el gas a baja presión procedente del evaporador se introduce<br />
por el centro del rotor. Al llegar al primer rodete es expulsado radialmente<br />
hacia fuera, entre las palas de éste, por acción de la fuerza centrífuga,<br />
y es descargado desde los extremos de los alabes a la cubierta del<br />
compresor a alta velocidad, aumentando así su temperatura y su presión.<br />
Los vapores son recogidos por difusores diseñados en la cubierta con el<br />
fin de realizar la conversión de la energía cinética en energía de presión,<br />
y conducidos al centro del segundo rodete y así sucesivamente, hasta que<br />
en el último paso son conducidos a la cámara de descarga. Desde allí<br />
van al condensador.<br />
Los alabes de pre-rotación permiten, merced a la modificación por<br />
medios neumáticos o electrónicos del ángulo de entrada del refrigerante<br />
evaporado en el interior del rodete, obtener en cada posición de dichos<br />
301
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
alabes una potencia frigorífica distinta, desde un 10 a un 100 % de su<br />
valor nominal.<br />
El rotor de estos compresores suele estar compuesto de varios rodetes,<br />
por lo que también el estator constará de varios difusores, en los que,<br />
progresivamente, se irá aumentando la presión.<br />
Sus ventajas principales son que ocupan un espacio reducido (a igualdad<br />
de condiciones de funcionamiento, a mayor velocidad de rotación<br />
menores dimensiones), y la ausencia de vibraciones debido al equilibrado<br />
riguroso de las partes rotativas, aunque las más importantes consisten en<br />
la facilidad de variación de la potencia frigorífica, como se ha indicado<br />
anteriormente, y al hecho de que el refrigerante permanece en el<br />
compresor totalmente puro, sin trazas de aceite ni de refrigerante en<br />
estado líquido, que provocarían un efecto rápido de erosión en los alabes.<br />
La velocidad de giro puede variar de 3.000 a 25.000 revoluciones por<br />
minuto, lo que implica velocidades periféricas de 150 a 250 m/s, y algunas<br />
veces supersónicas. El accionamiento del compresor para alcanzar estas<br />
velocidades, salvo en el caso de que se obtengan por medio de una<br />
turbina de vapor, exige un multiplicador de velocidad, generalmente<br />
incorporado al compresor.<br />
Los compresores centrífugos se pueden subdividir en dos grupos. Los<br />
de acción, que serán aquéllos en los que no se produce variación de<br />
presión en los alabes del rodete; y los de reacción, cuando el diseño de<br />
los alabes es tal (radial o curvado hacia atrás) que se produce un aumento<br />
de presión dentro del rodete. Este último es el caso más normal.<br />
Se llama grado de reacción a la relación entre la energía de presión<br />
generada en el rodete y la energía de presión total conseguida. El<br />
compresor centrífugo es una máquina de gran simplicidad mecánica,<br />
constando solamente de elementos en rotación y estáticos, lo que le da<br />
gran seguridad y duración.<br />
En este tipo de compresores es aconsejable utilizar refrigerantes con<br />
presiones de vapor pequeñas y gran peso específico, debido a que la<br />
energía comunicada por el rodete no sólo es función de su velocidad,<br />
para un rodete dado, sino también de la densidad del vapor del fluido<br />
refrigerante desplazado.<br />
Esquema compresor centrifugo<br />
302
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Los rendimientos conseguidos en los compresores centrífugos son<br />
relativamente altos, 70-80 %. Los bajos rendimientos que a veces se<br />
producen son casi siempre debidos a turbulencias y fricciones del fluido<br />
refrigerante.<br />
Compresores axiales<br />
El funcionamiento del compresor axial se basa en comunicar a los vapores<br />
de refrigerante una determinada energía cinética que después se<br />
transforma en energía estática o de presión.<br />
La única diferencia con los compresores centrífugos es el sentido del<br />
movimiento del fluido al comprimir, no en el modo de producir la<br />
presión.<br />
1.7. Aplicaciones de los diferentes tipos de compresores<br />
En la siguiente tabla se indica qué tipo de compresor se debe seleccionar,<br />
en función de la potencia que se desee obtener (dependiendo del rango<br />
de temperaturas de trabajo), y de las posibilidades de regulación de dicha<br />
potencia.<br />
Tipo de compresor<br />
Rango potencia (rango temperatura) Velocidad de Giro Regulación Potencia<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
• Bulón o eje del émbolo: articulación entre la biela y el pistón.<br />
• Biela: acciona el pistón y transforma el movimiento de rotación del<br />
cigüeñal o de la excéntrica en movimiento alternativo.<br />
• Cigüeñal: elemento dotado con movimiento de rotación y accionado<br />
por la máquina motriz y en cuyos cuellos van fijadas las bielas.<br />
• Excéntrica: un eje de rotación y una excéntrica sustituyen al cigüeñal<br />
en algunos compresores, principalmente en los pequeños.<br />
• Cojinetes principales: son los apoyos del eje o cigüeñal.<br />
• Válvulas de aspiración y de impulsión: controlan el paso del refrigerante<br />
al compresor. Junto con el cierre del cigüeñal, son las partes más<br />
delicadas del compresor.<br />
• Cierre del cigüeñal: impide las fugas del fluido refrigerante y del<br />
aceite y las entradas de aire al cárter por el orificio de salida del<br />
cigüeñal.<br />
• Cabeza del cilindro: base superior del cilindro. Contiene la placa de<br />
válvulas y el resorte de seguridad de las válvulas de compresión.<br />
• Volante: hace girar el compresor por medio de la transmisión de una<br />
o más correas que conectan con la polea del motor.<br />
• Elementos accesorios: camisas de agua o aletas de enfriamiento. Bypass<br />
(comunicación entre la aspiración y la impulsión que permite<br />
el arranque en vacío del compresor). Resorte de seguridad (el resorte<br />
que en caso de sobrepresión puede levantarse). Presostatos de<br />
seguridad, conexiones para los manómetros, porta-termómetros,<br />
filtro, nivel de aceite, bomba de aceite, válvula de servicio.<br />
A continuación vamos a desarrollar más detenidamente algunos de estos<br />
conceptos:<br />
Cuerpo del compresor<br />
Es un bloque de hierro fundido que precisa ser de primera calidad,<br />
finísimo y exento de poros, con aleación especial de semiacero. Consta<br />
de una o dos partes; en este último caso, una para el bloque de cilindros<br />
y la otra (cárter) para el alojamiento del eje. Cuando forma un solo<br />
bloque lleva una tapa en la parte inferior para facilitar el acceso a las<br />
bielas y pistones en caso de avería.<br />
Cuerpo compresor<br />
304
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Los compresores con cigüeñal llevan en el lado del volante una tapa<br />
lateral, donde va alojado el prensaestopas, que permite la colocación del<br />
cigüeñal. Esta tapa no se precisa en los compresores de excéntrica, detalle<br />
que permite distinguir ambos modelos. En algunos modelos de<br />
compresores, dicha tapa, en lugar de ir al lado del volante, sirviendo de<br />
alojamiento al prensaestopas, se halla al otro extremo, cumpliendo la<br />
misma finalidad de facilitar la colocación del cigüeñal.<br />
Las paredes de los cilindros son rectificadas y pulidas a espejo con<br />
tolerancias muy rigurosas.<br />
La parte exterior de las paredes de los cilindros adopta la forma de aletas,<br />
a fin de aumentar la superficie de radiación del calor producido por la<br />
fricción de los pistones y las paredes de los cilindros. Algunas marcas de<br />
compresores emplean «camisas», cuyas paredes interiores son también<br />
rectificadas y pulidas, que se insertan en el cuerpo de cilindros, facilitando<br />
así su reparación que se limita a la sustitución de dichas «camisas».<br />
En el cuerpo del compresor se hallan los cojinetes de rozamiento del<br />
cigüeñal o excéntrica. La mayor parte de los compresores van equipados<br />
con cojinetes de bronce fosforoso. En los compresores del tipo de<br />
excéntrica, los dos cojinetes se hallan en la misma carcasa o cuerpo y no<br />
pueden desequilibrarse. En los modelos de cigüeñal, uno va en la carcasa<br />
y el otro en la tapa lateral, por lo que al montar el compresor debe<br />
tenerse en cuenta el perfecto ajuste y alineación de ambos cojinetes.<br />
Las superficies de rozamiento de los cojinetes están ranuradas de forma<br />
que permitan una distribución uniforme y completa del aceite lubricante.<br />
En gran parte de compresores hay una bola-tope que se aloja entre una<br />
concavidad del eje-cigüeñal y de la tapa del cojinete posterior (lado<br />
opuesto al del volante) y sirve para impedir el movimiento axial del eje.<br />
Cigüeñal y excéntrica<br />
Los cigüeñales que se emplean en los compresores son similares en<br />
apariencia y construcción a los usados en los motores de automóvil. Se<br />
construyen normalmente de acero estampado, de hierro forjado o<br />
nodular, de aleación y dureza especiales, con las superficies de rozamiento<br />
completamente rectificadas y pulidas. Pueden ser sencillos o dobles,<br />
según el compresor sea de uno o dos cilindros.<br />
El eje del cigüeñal está perfectamente balanceado a fin de evitar la más<br />
pequeña vibración. Los del tipo sencillo llevan contrapeso, lo que no<br />
ocurre generalmente en los dobles.<br />
El cigüeñal lleva una parte cementada, donde se ajusta el prensaestopas,<br />
con el que forma un cierre hermético. Va asimismo provisto de una<br />
ranura para obtener una lubricación adecuada en este punto.<br />
305
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Su forma tiene diseño especial, posee varios cuellos donde se ajustan las<br />
cabezas de las bielas.<br />
Los cigüeñales de los compresores cuyos cilindros están en línea, poseen<br />
un cuello por cada cilindro, pero cuando los cilindros están en V, W, o<br />
estrella, poseen un cuello para varios cilindros.<br />
Las excéntricas se componen de un eje recto en el que se ajusta la<br />
excéntrica. Puede ser sencilla o doble, según el número de cilindros; en<br />
el primer caso lleva contrapeso, mientras que en el segundo, al ser doble,<br />
ella misma actúa de contrapeso.<br />
La excéntrica está formada por dos cilindros excéntricos de hierro<br />
fundido. En el centro lleva un orificio por donde pasa el eje de rotación.<br />
La excéntrica esta sujeta al eje mediante tornillos y chavetas, con lo que<br />
se consigue que ambas piezas formen un solo cuerpo.<br />
El sistema de cigüeñal se emplea en compresores de potencia mayor de<br />
10.000 frigorías, mientras que las excéntricas se utilizan para compresores<br />
de potencia menor.<br />
Bielas<br />
Imagen de cigüeñal<br />
Imagen de eje y excéntrica<br />
Las bielas conectan los pistones con el eje del cigüeñal o con la excéntrica<br />
y forman el brazo de empuje del pistón, transformando el movimiento<br />
de rotación del eje en el movimiento de vaivén del pistón.<br />
Conviene que sean muy ligeras, pero a la vez que sean resistentes y<br />
soporten la fuerza sobre la cabeza del pistón. En la actualidad, debido<br />
a la velocidad de los compresores, y como consecuencia del mayor<br />
306
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
número de cilindros y dimensiones reducidas, las bielas se construyen<br />
con materiales ligeros y resistentes.<br />
En los compresores, generalmente se usan dos tipos de bielas:<br />
• Las que se usan con el eje cigüeñal.<br />
• Las que se usan con excéntricas.<br />
En las que se usan con eje cigüeñal, la cabeza de biela está divida en dos<br />
mitades para poder acoplarle el cuello del cigüeñal. Las bielas de<br />
excéntrica tiene la cabeza de una sola pieza.<br />
Al montar las bielas debe tenerse en cuenta que un ajuste demasiado<br />
fuerte sobre el cigüeñal causaría una sobrecarga en el motor, con el<br />
consiguiente exceso de consumo del mismo y un recalentamiento<br />
innecesario del compresor.<br />
En las excéntricas, la biela puede moverse libremente a un lado sobre<br />
la excéntrica, debido a la gran superficie de rozamiento que existe entre<br />
ambas. Debe tenerse cuidado, cuando se desarma un compresor de este<br />
tipo, de anotar la relación exacta entre la biela y la excéntrica.<br />
Pistones<br />
Biela para excéntrica<br />
Elemento compresor móvil; normalmente son de hierro fundido especial,<br />
aunque últimamente, y en especial en los compresores que emplean<br />
refrigerantes halógenos (R-12, R-22, R-502 y los nuevos HFC) y que<br />
trabajan a velocidades altas, se utilizan ya pistones de aleaciones de<br />
aluminio.<br />
Esquema de pistones<br />
307<br />
Biela para cigüeñal
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Generalmente van equipados con segmentos rectificados que aseguran<br />
una perfecta hermeticidad con el cilindro. De todos modos, aunque<br />
pocos, existen algunos modelos que no llevan segmentos en los pistones,<br />
los cuales van dispuestos con ranuras en sustitución de aquéllos. Estos<br />
pistones sin segmentos se emplean en los compresores que trabajan a<br />
velocidades altas.<br />
Segmentos<br />
Los segmentos se emplean para formar un cierre hermético entre el<br />
pistón y el cilindro. Van alojados en unas ranuras practicadas en el pistón<br />
y su número varía entre dos y cuatro.<br />
Los segmentos están construidos de hierro fundido y deben manejarse<br />
con el mayor cuidado, especialmente cuando se sacan del pistón, a fin<br />
de evitar su rotura.<br />
Pueden ser de compresión o de engrase, siendo de distinta forma. Los<br />
segmentos de engrase están colocados debajo de los de presión, o sea,<br />
en la parte inferior del pistón. Estos segmentos llevan practicadas unas<br />
ranuras que se encargan de distribuir el aceite en el cilindro.<br />
Eje de pistones o bulones<br />
Esquema de segmentos<br />
Articulación entre la biela y el pistón; en refrigeración son de acero<br />
endurecido o esmerilado, con tolerancias muy rigurosas.<br />
Las tres modelos de sujeción a las bielas son:<br />
• El modelo 1 es el más usado, y además se utiliza también en los<br />
motores de automóviles; es el modelo que está ranurado en el centro<br />
y va sujeto a la biela; las superficies de rozamiento se hallan en el<br />
pistón.<br />
Sujeción de bulones a las bielas<br />
308
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
• El modelo 2 va ajustado fuertemente al alojamiento del pistón y se<br />
fija en la biela por medio de un pasador, con la superficie de<br />
rozamiento en la misma biela.<br />
• El modelo 3 no va sujeto y puede moverse libremente, tanto en la<br />
biela como en el pistón. Lleva unos tapones de latón en los extremos<br />
para no rozar los cilindros.<br />
Camisa del cilindro<br />
La camisa del cilindro es una pieza de forma cilíndrica rectificada<br />
mecánicamente, dentro de la cual se desliza el pistón.<br />
La camisa se usa generalmente en compresores de gran potencia; en los<br />
de pequeña y mediana potencia el cilindro está situado en el mismo<br />
bloque.<br />
En los compresores que usan camisa ésta se aloja en el cuerpo compresor<br />
y lleva una pestaña en la parte superior para fijarla al bloque. La sujeción<br />
se realiza por medio de tornillos que roscan en el bloque; en algunos<br />
compresores dicha sujeción se realiza por presión.<br />
Si la refrigeración del cilindro se realiza por agua, la camisa está construida<br />
con una doble superficie envolvente, y el agua circula entre la superficie<br />
exterior y la interior, disipando el calor producido por el deslizamiento<br />
del pistón y la compresión.<br />
Si la refrigeración se realiza por medio de aire, la parte exterior de los<br />
cilindros suele llevar aletas.<br />
Plato o placa de válvulas<br />
Camisa cilíndrica<br />
El plato de válvulas es un elemento en el que van situadas las válvulas de<br />
descarga unas veces y las de aspiración y descarga otras.<br />
309
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
En los compresores en los que el refrigerante entra y sale del cuerpo a<br />
través de los pistones, éstos van equipados con válvulas; en este caso, la<br />
válvula de succión (válvula de pistón) que da paso al refrigerante evaporado<br />
en el movimiento de descenso del pistón, va alojada en el mismo pistón,<br />
y la válvula de descarga en el plato.<br />
En otros modelos, tanto las válvulas de aspiración como las de descarga<br />
van montadas en el plato. Una de las ventajas de este sistema frente al<br />
sistema con válvulas de pistón es que el refrigerante no circula a través<br />
del cárter, reduciendo el bombeo de aceite.<br />
Las válvulas de aspiración van colocadas en la parte inferior y las de<br />
descarga en la parte superior de la placa. El conjunto va colocado entre<br />
los cilindros y la culata. Encima de la placa se coloca la culata con lo cual<br />
se cierra todo el mecanismo del plato de válvulas.<br />
Válvulas de descarga<br />
Tienen dos funciones: primero mantener un cierre hermético entre la<br />
parte alta y baja del sistema, durante el ciclo de parada, evitando que el<br />
refrigerante descargado retroceda de nuevo a la cámara del cilindro.<br />
Este cierre mantiene la presión de alta necesaria en el depósito de líquido.<br />
En segundo lugar, abrirse a cada pistonada, cerrándose al completar la<br />
compresión, para evitar el retroceso de gases cuando el pistón desciende.<br />
Existen varios tipos de válvulas de descarga. El que se emplea más<br />
generalmente es el tipo de disco, otros tipos adoptan variadas formas:<br />
de lengüeta, de cruz, romboides, etc.<br />
Válvulas de succión<br />
Plato o placa de válvulas<br />
Tipo de válvulas de descarga<br />
Como se ha indicado anteriormente, las válvulas de succión (no las de<br />
pistón) van colocadas en el mismo plato que las de descarga accionando<br />
en sentido opuesto a aquéllas. Su función es la de dar paso al refrigerante<br />
evaporado en el movimiento de descenso del pistón, cerrándose cuando<br />
éste sube.<br />
310
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Culata<br />
La culata es una pieza cuya misión es cerrar la parte superior de los<br />
cilindros y separar los vapores procedentes de la vaporización de los de<br />
descarga.<br />
Al igual que el cuerpo del compresor, la culata es de hierro fundido y<br />
se encuentra encima mismo del cilindro y plato de válvulas.<br />
La culata está asegurada a los cilindros por medio de tornillos y lleva<br />
entre los cilindros y ella una junta que asegura el cierre hermético. Puesto<br />
que la culata se halla en la parte de alta presión del sistema, las tuercas<br />
de fijación de la misma deben ir fuertemente apretadas a fin de evitar<br />
toda fuga de refrigerante a través de las juntas entre el plato de válvulas<br />
y culata.<br />
En los compresores de mediana y gran potencia la culata suele estar<br />
refrigerada por agua.<br />
Cierre del cigüeñal (prensaestopas)<br />
El prensaestopas tiene la función de conseguir un cierre hermético entre<br />
la atmósfera y el interior del compresor, justo en la zona del cárter donde<br />
el árbol sale al exterior para su accionamiento por medio de un motor.<br />
Este orificio, si no se cierra convenientemente, pueda dar lugar a fugas.<br />
En los compresores herméticos este problema no existe puesto que el<br />
motor eléctrico y el compresor, acoplados directamente, están encerrados<br />
herméticamente en una campana.<br />
Los dos tipos fundamentales de prensaestopas son los siguientes:<br />
• Prensaestopas tipo de fuelle.<br />
Tipos de válvulas de succión<br />
Esquema de compresor donde se indica pistón, segmentos, cilindro, válvulas, placa y culata.<br />
311
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
• Prensaestopas de diafragma.<br />
Prensaestopas tipo de fuelle<br />
Están constituidos esencialmente por un fuelle de lumbaga (metal a base<br />
de cobre) de espesor variable.<br />
Existen dos clases de prensaestopas de tipo fuelle, los de tipo fijo, y los<br />
giratorios.<br />
Prensaestopas de tipo fuelle fijo:<br />
Este tipo de prensaestopas se llama fijo porque no gira simultáneamente<br />
con el cigüeñal, sino que permanece inmóvil.<br />
Prensaestopas de tipo fuelle fijo con resorte interior.<br />
El fuelle está soldado por una parte sobre un disco plano, aprisionado<br />
entre la tapa y el cárter, y por la otra, sobre un anillo de bronce especial<br />
que hace junta sobre el saliente rectificado del eje. Un resorte apoyado<br />
sobre la tapa empuja el anillo contra el eje. El conjunto disco, fuelle,<br />
resorte, anillo, es fijo y el cierre se hace entre el anillo y el eje que gira.<br />
Los compresores que emplean este tipo de prensaestopas llevan un<br />
cojinete en el extremo opuesto del eje del cigüeñal, cuyo objeto es<br />
proveer una superficie de rozamiento a la fricción causada por la presión<br />
del resorte.<br />
Con el fin de evitar que se desgaste el saliente del eje sobre el que frota<br />
el anillo de bronce, se coloca otro anillo(collar de cierre) apoyando o<br />
no sobre otro anillo en caucho sintético.<br />
El resorte puede ser interior o exterior al fuelle, según el diámetro de<br />
este último. En los prensaestopas con el resorte exterior al fuelle se<br />
consigue eliminar la posibilidad de ruido o silbido que pudiera producirse<br />
por fricción con el eje del cigüeñal.<br />
Prensaestopas de tipo fuelle giratorio:<br />
Otro tipo de prensaestopas es el giratorio que forma un sello entre el<br />
312
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
casquillo y una superficie trabajada a máquina en la carcasa del compresor,<br />
llamada placa de alojamiento.<br />
La segunda junta se forma entre el asiento del cigüeñal y la pestaña del<br />
fuelle por medio de una tuerca roscada que aprieta fuertemente el<br />
prensaestopas al eje con el que gira a la vez.<br />
Prensaestopas de diafragma:<br />
Prensaestopas tipo fuelle giratorio<br />
Los prensaestopas de diafragma utilizan el mismo principio general que<br />
los de fuelle, en lo que se refiere al casquillo de bronce que efectúa el<br />
sello contra el asiento del cigüeñal. No emplea, sin embargo, el resorte<br />
que se halla colocado en el extremo opuesto del cigüeñal en el cárter.<br />
Volante<br />
Prensaestopas de diafragma<br />
Va acoplado al eje del cigüeñal o excéntrica y hace girar el compresor<br />
por medio de la transmisión de una o más correas que conectan con la<br />
polea del motor. El volante se sujeta al extremo del eje por medio de<br />
una tuerca.<br />
Volante Polea del motor<br />
313
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
En algunos compresores, el volante va provisto de unas palas en sus<br />
radios, para ayudar la ventilación sobre el condensador de aire.<br />
1.9. Ciclo de un compresor. Dimensionamiento y rendimiento<br />
de un compresor<br />
Como hemos indicado al iniciar el estudio de las partes constituyentes<br />
de un compresor, el punto que vamos a desarrollar también hablará de<br />
los compresores alternativos, aunque los distintos conceptos aquí expuestos<br />
pueden ser aplicados a cualquier tipo de compresor, siempre que se<br />
tengan en cuenta las diferencias que puedan existir entre ellos.<br />
Ciclo de compresión teórico: (Diagrama de P-V)<br />
Ciclo teórico de compresión<br />
Vamos a identificar sobre el diagrama de P-V los puntos característicos<br />
del ciclo de compresión teórico:<br />
Fase de compresión:<br />
Consideremos el pistón al final de su carrera de aspiración, PUNTO 1;<br />
el cilindro se encuentra totalmente lleno (longitud O1’ sobre las abscisas<br />
del diagrama) de los vapores aspirados a la presión de aspiración (Pa).<br />
Al iniciar el émbolo la carrera de compresión (segmento 12) las válvulas<br />
de aspiración y descarga cierran, y el volumen de gas disminuye mientras<br />
el émbolo asciende en el cilindro, aumentando constantemente la presión,<br />
hasta que la presión dentro del cilindro es ligeramente superior a la<br />
presión de descarga (Pd), PUNTO 2.<br />
Fase de descarga:<br />
En el PUNTO 2, la válvula de descarga se abre y los vapores comprimidos<br />
se escapan (segmento 23) hasta que el émbolo alcanza su punto muerto<br />
superior, PUNTO 3.<br />
314
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Comprobamos entonces que entre lo alto del émbolo y el fondo del<br />
cilindro, queda un espacio lleno de vapores a la presión de descarga<br />
(Pd), que el émbolo no desplaza nunca, el llamado espacio muerto<br />
(longitud O3’ sobre las abscisas del diagrama). Espacio necesario como<br />
consecuencia de las tolerancias en los ajustes y la dilatación de las piezas<br />
en movimiento para que el émbolo no golpee las válvulas.<br />
Fase de reexpansión:<br />
El émbolo comienza su carrera de descenso (segmento 34), la válvula de<br />
descarga cierra de nuevo sobre su asiento, pero la válvula de aspiración<br />
permanece cerrada, y no abrirá hasta que la presión de los vapores<br />
contenidos en el espacio entre el émbolo y el plato de válvulas sea<br />
ligeramente inferior a la presión de aspiración (Pa), PUNTO 4. La<br />
necesidad mecánica de reservar el espacio muerto, provoca un retraso<br />
en la aspiración, logrado por el freno que constituye el volumen del<br />
vapor contenido en dicho espacio al terminar la compresión. Como<br />
hemos dicho, la válvula de aspiración no abre hasta que la presión dentro<br />
del cilindro es inferior a la presión de aspiración, cuanto mayor es el<br />
espacio muerto, más vapor queda a alta presión contenido en dicho<br />
espacio, y más tarde alcanzamos la presión a la cual abre la válvula de<br />
aspiración por necesitar más volumen para reducir la presión dentro del<br />
cilindro. Dicho incremento de volumen que provoca la disminución de<br />
la presión por debajo de la presión de descarga es la longitud 3’4’ en el<br />
diagrama (volumen reexpandido de los vapores que ocupaban el espacio<br />
muerto).<br />
Fase de aspiración:<br />
Con la válvula de aspiración abierta, el émbolo continúa su carrera de<br />
descenso, llenando el cilindro con los vapores aspirados hasta alcanzar<br />
el PUNTO 1.<br />
El volumen útil que se llena con los vapores aspirados es la longitud 4’1’<br />
sobre el eje de abscisas del diagrama.<br />
Retraso en la apertura de las válvulas de aspiración y descarga.<br />
Las válvulas de los compresores empleados en la industria frigorífica<br />
abren y cierran a impulsos de magnitudes internas, diferencia de presiones,<br />
ya que esta forma de trabajo permite controlar las presiones a las que<br />
operan evaporador y condensador.<br />
Como ya hemos dicho, la presión dentro del cilindro debe ser ligeramente<br />
inferior a la presión en la línea de aspiración ( Pa − ∆pa<br />
) para así vencer<br />
la tensión del resorte de la válvula de aspiración y que la válvula pueda<br />
descender.<br />
315
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Esto quiere decir que el vapor, al entrar en el cilindro, sufre una expansión<br />
a su paso por el orificio dentro de la válvula de aspiración. La presión<br />
dentro del cilindro mientras dura la aspiración es inferior a la existente<br />
en la línea de aspiración.<br />
Al expansionarse el vapor que entra en el cilindro, el volumen admitido<br />
dentro del cilindro disminuye, pues parte de la carrera teórica de<br />
aspiración del pistón se emplea en expansionar el gas desde ( P a)<br />
hasta<br />
( Pa − ∆pa<br />
) .<br />
Por la misma razón, hasta que la presión en el cilindro no sea ( Pd + ∆pd<br />
) ,<br />
es decir ligeramente superior a la existente en la línea de descarga, la<br />
válvula de descarga no abre y el gas no sale del cilindro hacia el<br />
condensador. Esto significa que los gases encerrados en el espacio muerto<br />
se encuentran a una presión superior a la ( P d ) , con lo cual el volumen<br />
reexpandido de los gases contenidos en el espacio muerto debe ser<br />
mayor, disminuyendo el volumen admitido en el cilindro.<br />
Tanto el retraso en la apertura de la válvula de aspiración como el retraso<br />
en la apertura de la válvula de descarga produce una disminución del<br />
volumen útil de los vapores aspirados en el cilindro.<br />
La cilindrada C de un compresor es el volumen desplazado por los<br />
pistones en su carrera de aspiración en un giro del eje-manivela, y es<br />
función de:<br />
• Diámetro de los cilindros (D)<br />
• Carrera de los pistones (L)<br />
• Numero de cilindros (N)<br />
El volumen teórico desplazado por el compresor (Vt) es función de la<br />
cilindrada (C) del compresor, magnitud puramente geométrica, y de la<br />
velocidad de rotación(n en r.p.m).<br />
Si multiplicamos el volumen teórico desplazado por el compresor por<br />
la densidad del refrigerante en las condiciones de aspiración (condiciones<br />
en el evaporador), se obtiene el caudal másico del refrigerante.<br />
316
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Si se conoce el efecto frigorífico por cada unidad de masa de refrigerante<br />
que circula por el evaporador, se puede obtener la capacidad de<br />
refrigeración teórica del compresor.<br />
siendo:<br />
Qt = Capacidad de refrigeración teórica del compresor (Kcal/h)<br />
= Densidad del refrigerante en las condiciones de operación, aspiración<br />
(Kg/m3 )<br />
= Entalpías del vapor y del líquido en las condiciones de operación<br />
del evaporador (Kcal/Kg).<br />
La capacidad refrigerante de cualquier compresor (Kcal/h) es el producto<br />
del caudal másico refrigerante que trasiega por el compresor (Kg/h)<br />
por el efecto refrigerante (Kcal/Kg) del fluido frigorífico en las condiciones<br />
de operación del sistema frigorífico.<br />
Si se compara la capacidad real de refrigeración de un compresor con<br />
la capacidad teórica podemos llegar a la conclusión de que la capacidad<br />
real siempre es menor a la teórica<br />
Si retomamos la ecuación con la que hemos calculado la capacidad de<br />
refrigeración teórica del compresor, y analizamos los términos que<br />
intervienen en ella, podemos comprender por qué la capacidad real de<br />
un compresor es siempre menor que la capacidad teórica.<br />
La capacidad teórica del compresor es proporcional al volumen teórico<br />
desplazado (magnitud puramente geométrica). Si volvemos al diagrama<br />
de P-V del ciclo de un compresor, este volumen teórico coincide con la<br />
longitud O1’, siendo el volumen útil aspirado la longitud 4’1’, inferior<br />
a O1’, debido al espacio muerto, al volumen reexpandido de los vapores<br />
contenidos en el espacio muerto, y al retraso en la apertura de las válvulas<br />
de aspiración y descarga, como ya hemos explicado.<br />
Otro factor que aparece en la ecuación, es la densidad del refrigerante<br />
en las condiciones de aspiración. La densidad del vapor dentro del<br />
cilindro (tras la aspiración) siempre es menor que la densidad del vapor<br />
en la tubería de aspiración.<br />
Evidentemente, si el volumen real aspirado es inferior al teórico, y la<br />
densidad del refrigerante tras la aspiración es menor que en las condiciones<br />
de aspiración, la capacidad real de refrigeración es siempre menor a la<br />
capacidad teórica de refrigeración.<br />
317
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Esta discrepancia entre capacidad teórica y real lleva a definir el<br />
rendimiento volumétrico teórico de un compresor:<br />
Se define como rendimiento volumétrico teórico de un compresor el<br />
debido esencialmente a su espacio muerto. Por esta razón variará con<br />
la cantidad de este espacio y con las presiones de aspiración y descarga.<br />
El rendimiento volumétrico teórico se puede calcular estableciendo una<br />
relación entre el volumen real de vapor aspirado y el volumen teórico<br />
desplazado por el émbolo, o bien, una relación carrera útil a carrera<br />
total.<br />
Cuanto mayor es el espacio muerto, menor es el volumen real aspirado<br />
ya que la cantidad de gases que ocupan ese espacio a alta presión es<br />
mayor, y necesitan mayor volumen para reexpandirse, disminuyendo el<br />
rendimiento volumétrico teórico.<br />
El volumen reexpandido de los gases que ocupan el espacio muerto es<br />
función de dicho espacio, pero para un espacio muerto dado, cuanto<br />
mayor es la diferencia entre la presión de descarga, y la presión de<br />
aspiración, mayor es el espacio reexpandido, con lo cual menor es el<br />
volumen real aspirado, y menor es el rendimiento volumétrico.<br />
Cuanto mayor es la presión de descarga, a más presión se encuentran<br />
los gases en el espacio muerto, y más volumen necesitan los gases para<br />
alcanzar una presión inferior a la presión de aspiración.<br />
A menor presión de aspiración, más tienen que reducir los gases su<br />
presión (más volumen necesitan) para que la válvula de aspiración se<br />
abra.<br />
Cuando las presiones de aspiración y descarga varían se puede incrementar<br />
la eficiencia volumétrica del compresor y la capacidad frigorífica real del<br />
mismo.<br />
Se llama relación de compresión a la que existe entre la presión absoluta<br />
de descarga (Pd) y la presión absoluta de aspiración (Pa).<br />
Existen relaciones matemáticas que permiten calcular el rendimiento<br />
volumétrico teórico en función de la relación de compresión y de la<br />
relación entre el volumen del espacio muerto y el volumen desplazado<br />
por el pistón.<br />
318<br />
donde
siendo:<br />
= espacio muerto<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
= volumen desplazado por el pistón<br />
= presión de descarga<br />
= presión de aspiración<br />
= calor específico a presión constante<br />
= calor específico a volumen constante<br />
Disminuyendo la relación de compresión de un compresor, podemos<br />
aumentar el rendimiento volumétrico teórico del compresor, y aumentar<br />
la potencia frigorífica real del compresor.<br />
Además de las pérdidas volumétricas reseñadas, existen otros factores<br />
que limitan el volumen de vapor comprimido en cada movimiento del<br />
pistón, disminuyendo el rendimiento volumétrico real.<br />
Factores que influyen en el rendimiento volumétrico real de un compresor:<br />
Temperatura de las paredes del cilindro. Los vapores aspirados, al entrar<br />
en el cilindro, se ponen en contacto con las paredes, las cuales se<br />
encuentra calientes, lo que produce una expansión de los vapores<br />
aspirados. Esta expansión de los vapores al entrar en el cilindro reduce<br />
el volumen real aspirado, disminuyendo el rendimiento volumétrico del<br />
compresor. Además, el calentamiento del cilindro es mayor cuanto mayor<br />
es la relación de compresión.<br />
Fugas a través de las válvulas alrededor del pistón. Estas fugas reducen<br />
el volumen de vapor impulsado. Fugas alrededor del pistón son muy<br />
poco frecuentes, en cambio existen retrocesos y fugas en las válvulas, ya<br />
que es difícil diseñar válvulas que cierren instantáneamente. Cuanto<br />
mayor es la relación de compresión, mayores son las fugas a través de<br />
válvulas. Estas fugas disminuyen con la velocidad del compresor.<br />
Disminución de las áreas a lo largo del circuito del refrigerante. Esta<br />
disminución produce una pérdida de presión por fricción, tanto interna<br />
como externa, en función de la velocidad del refrigerante a través de los<br />
elementos del circuito (válvulas, tuberías...). A mayor velocidad del<br />
refrigerante, mayores pérdidas por fricción.<br />
La velocidad del refrigerante al atravesar las válvulas, dependerá de la<br />
sección de las válvulas, del refrigerante utilizado, y de la velocidad del<br />
compresor. A mayor velocidad del compresor, mayor velocidad del<br />
refrigerante, y para refrigerantes con mayor volumen específico, y menor<br />
calor latente, mayores pérdidas de carga.<br />
319
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Como acabamos de ver, existen otros factores que varían el volumen real<br />
aspirado; para tener en cuenta estos factores no incluidos en el rendimiento<br />
volumétrico teórico, aparece otro término cuyo producto con el anterior<br />
da lugar al rendimiento volumétrico real:<br />
El rendimiento volumétrico real es función del rendimiento volumétrico<br />
teórico y de unos factores anteriormente descritos, incluidos en el término<br />
.<br />
Con lo cual, podemos decir que el rendimiento volumétrico real es<br />
función de los siguientes parámetros:<br />
Diseño del compresor:<br />
Espacio muerto: a mayor espacio muerto, menor rendimiento volumétrico<br />
teórico.<br />
Diseño de válvulas, tuberías…; a mayor estrangulamiento, mayores<br />
pérdidas por fricción, menor .<br />
Relación de compresión:<br />
A mayor relación de compresión, menor rendimiento volumétrico teórico.<br />
A mayor relación de compresión, mayor temperatura en las paredes del<br />
cilindro, menor volumen aspirado, menor .<br />
A mayor relación de compresión, mayores son las fugas a través de las<br />
válvulas, menor volumen impulsado, menor .<br />
Velocidad del compresor:<br />
A menor velocidad del compresor, mayores fugas a través de las válvulas,<br />
menor volumen impulsado, menor .<br />
A mayor velocidad del compresor, mayor velocidad del refrigerante,<br />
mayores pérdidas por fricción, menor .<br />
Tipo de refrigerante:<br />
Mayor volumen específico, mayores pérdidas por fricción, menor .<br />
Menor calor latente, mayores pérdidas por fricción, menor .<br />
El rendimiento volumétrico teórico es medible para un compresor y<br />
unas condiciones de funcionamiento, pero no ocurre lo mismo con que<br />
habrá que determinarse en función del rendimiento volumétrico teórico<br />
y real.<br />
320
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Las desviaciones del ciclo de compresión se pueden determinar de forma<br />
experimental mediante un indicador de Watt que registra gráficamente<br />
la evolución de la presión en el cilindro, en función del movimiento del<br />
pistón por cada vuelta de eje-manivela.<br />
El ciclo real de compresión producido durante la prueba de compresión<br />
llevado a un diagrama presión-volumen recibe el nombre de diagrama<br />
indicado.<br />
El trabajo de compresión obtenido del diagrama se llama trabajo indicado<br />
y a la potencia computada a partir de este trabajo se le denomina potencia<br />
indicada.<br />
La potencia indicada tiene en cuenta el rendimiento de compresión, es<br />
decir, las desviaciones respecto al ciclo teórico. Las áreas por encima de<br />
la presión de descarga teórica (Pd) y por debajo de la presión de aspiración<br />
(Pa) representan un aumento de trabajo debido al estrangulamiento y<br />
efecto de válvulas.<br />
Las otras desviaciones respecto a la compresión y expansión adiabáticas,<br />
indican que estas evoluciones siguen en realidad líneas politrópicas con<br />
cesión de calor entre el cilindro y los vapores de fluido refrigerante.<br />
Se define el rendimiento indicado como la relación entre la potencia<br />
teórica y la potencia indicada:<br />
Del análisis del diagrama indicado se observa que los factores que influyen<br />
sobre el rendimiento indicado son prácticamente los mismos que afectan<br />
al rendimiento volumétrico real: efectos de estrangulamiento, intercambio<br />
de calor entre el vapor y el cilindro, fricción en el fluido debido a las<br />
turbulencias y a no ser fluido perfecto.<br />
Para cualquier compresor, los rendimientos volumétricos real e indicado<br />
son prácticamente iguales y variarán en la misma proporción con la<br />
relación de compresión.<br />
Como anteriormente hemos indicado, el rendimiento volumétrico teórico<br />
es medible para un compresor y unas condiciones de funcionamiento,<br />
mientras que el rendimiento volumétrico real se determinará mediante<br />
el diagrama indicado obtenido del banco de ensayo.<br />
321
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Se ha comprobado que compresores de las mismas características de<br />
diseño tienen aproximadamente los mismos rendimientos volumétricos,<br />
independientemente del tamaño del compresor de que se trate.<br />
En la siguiente gráfica se indican los rendimientos volumétricos teóricos<br />
y reales de un compresor en función de la relación de compresión.<br />
1.10. Potencia de un compresor<br />
En el punto anterior se han desarrollado los conceptos de rendimiento<br />
volumétrico real e indicado, que tienen en cuenta las desviaciones del<br />
ciclo real de compresión respecto al ciclo teórico.<br />
Si queremos obtener la potencia total que debe ser suministrada al árbol<br />
de transmisión del compresor debemos definir otro término llamado<br />
rendimiento mecánico.<br />
Se define el rendimiento mecánico del compresor como la relación:<br />
siendo:<br />
= Trabajo absorbido según el ciclo real del compresor.<br />
= Trabajo absorbido en el eje del compresor.<br />
Este rendimiento es una medida de los rozamientos mecánicos del<br />
compresor, pistón-cilindro, etc.<br />
322
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U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Depende de la velocidad de rotación. Para una misma velocidad, será<br />
máximo cuando el compresor esté muy cargado.<br />
Ahora estamos en disposición de calcular la potencia total a suministrar<br />
al eje del compresor, potencia que recibe el nombre de potencia al freno.<br />
Dicha potencia se puede calcular a partir de la potencia teórica dividida<br />
por el rendimiento indicado y el rendimiento mecánico:<br />
Por último, definimos el rendimiento eléctrico del compresor como la<br />
relación:<br />
siendo:<br />
= Potencia mecánica absorbida en el eje del compresor.<br />
= Potencia eléctrica absorbida por el motor.<br />
Este rendimiento contabiliza las pérdidas que se producen en el motor<br />
eléctrico.<br />
Depende de la potencia del motor (a mayores potencias, mayores<br />
rendimientos).<br />
En la siguiente tabla se indican valores aproximados de rendimientos<br />
para diferentes relaciones de compresión.<br />
1.11. Régimen de funcionamiento de un compresor<br />
Funcionamiento de un compresor en régimen húmedo<br />
Las condiciones de funcionamiento de un compresor cambian<br />
constantemente como consecuencia de que varía la velocidad del<br />
compresor, de que la válvula de regulación no deja pasar siempre la<br />
misma cantidad de líquido, de la introducción variable de mercancías<br />
en la cámara, etc., y como consecuencia, resulta que el estado de los<br />
vapores a su entrada en el compresor varía también.<br />
323
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U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Cuando entra en el cilindro una mezcla de vapor y líquido en forma de<br />
gotitas no evaporadas todavía, se dice que el compresor trabaja en régimen<br />
húmedo. Esto puede suceder cuando por cualquier razón la válvula de<br />
laminación deja pasar demasiado líquido. Al llegar al cilindro, donde la<br />
temperatura es más elevada, las gotitas de líquido se vaporizan, pero esto<br />
sucede en perjuicio del rendimiento de la instalación, ya que estas gotas<br />
deberían haberse evaporado en el evaporador, produciendo un efecto<br />
frigorífico útil.<br />
En la fase de compresión, el calor de compresión es el encargado de<br />
acabar de evaporar las gotitas de líquido que puedan quedar en el cilindro.<br />
Con este régimen, la tubería de aspiración está escarchada si la temperatura<br />
de evaporación es inferior a 0° C y la escarcha cubre también una parte<br />
del cuerpo del compresor, alrededor de la entrada. La tubería de descarga<br />
está relativamente fría.<br />
Funcionamiento de un compresor en régimen seco o recalentado<br />
Por el contrario, si la última gota de líquido se ha evaporado en el<br />
evaporador, antes de llegar al compresor, los vapores que entran en el<br />
compresor son vapores saturados secos o recalentados y se dice que el<br />
compresor trabaja en régimen seco o recalentado, respectivamente.<br />
La tubería de aspiración estará fría y húmeda o incluso escarchada si la<br />
temperatura del vapor recalentado es todavía inferior a 0° C. La tubería<br />
de descarga estará caliente.<br />
El funcionamiento en régimen recalentado es el más empleado pues<br />
supone un aumento del rendimiento del 10 al 12% sobre el régimen<br />
húmedo y además evita el peligro de “golpes de líquido” en el compresor.<br />
Si bien es interesante trabajar en régimen recalentado, este<br />
recalentamiento no debe ser excesivo. Lo ideal sería que entrasen en el<br />
cilindro únicamente vapores en el estado exacto de vapor saturado seco,<br />
pero dadas las inevitables irregularidades de caudal en la válvula de<br />
regulación, es necesario trabajar con un recalentamiento de algunos<br />
grados.<br />
1.12. Regulación de potencia en compresores alternativos<br />
El cálculo y diseño de un compresor se realiza para satisfacer una<br />
producción frigorífica máxima en el momento de mayores necesidades<br />
frigoríficas, regulándose después su potencia al nivel necesario en cada<br />
momento, de forma que la llegada de líquido al evaporador sea tal que<br />
éste trabaje a plena capacidad de absorción de calor.<br />
Esta regulación se realiza de una forma mecánica, actuando sobre los<br />
324
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
elementos del compresor responsables de su producción frigorífica,<br />
siendo los más utilizados:<br />
• Acción sobre la velocidad de rotación del compresor, lo que se puede<br />
conseguir escalonando motores con distintas velocidades, o bien con<br />
variadores de velocidad mecánicos o eléctricos.<br />
• En los compresores multicilíndricos, variando el número de cilindros<br />
que están en funcionamiento. Esto se consigue de forma automática<br />
dejando abiertas las correspondientes válvulas de aspiración.<br />
• Actuando sobre el rendimiento volumétrico, con el inconveniente<br />
de ser un método caro y difícil de automatizar.<br />
• Mediante el empleo de un by-pass entre la aspiración y la impulsión.<br />
Este método es el más empleado hoy día, aunque termodinámicamente<br />
sean preferibles los que actúan sobre la velocidad y el número de<br />
cilindros.<br />
• Conectando el cilindro del compresor con el colector de aspiración<br />
y sin actuación directa sobre las válvulas. De esta forma lo aspirado<br />
será nuevamente impulsado a la aspiración.<br />
1.13. Selección de un compresor<br />
Debido a que la capacidad refrigerante y las necesidades de potencia de<br />
un compresor varían con las condiciones del vapor refrigerante a la<br />
entrada y a la salida del compresor, los catálogos suministrados por el<br />
fabricante de estos <strong>equipos</strong> indican las capacidades refrigerantes y las<br />
necesidades de potencia para distintas temperaturas de evaporación y<br />
condensación.<br />
Si la selección del evaporador se ha realizado antes del compresor se ha<br />
de elegir éste en función de aquél.<br />
Se ha de tener en cuenta que raras veces es posible seleccionar un<br />
compresor que tenga exactamente la capacidad requerida por las<br />
instalaciones de diseño, de ahí que se tienda a seleccionar un compresor<br />
que tenga una capacidad igual o algo mayor a la requerida según las<br />
condiciones de funcionamiento.<br />
Para seleccionar un compresor para una aplicación concreta se necesitan<br />
los siguientes datos:<br />
• Capacidad refrigerante requerida (Kcal/h), y su evolución en función<br />
del tiempo durante el funcionamiento previsible de la instalación.<br />
• Temperatura de evaporación (ºC), que dependerá de la aplicación<br />
del sistema frigorífico.<br />
• Temperatura de condensación (ºC) que dependerá del sistema de<br />
condensación que se seleccione, agua o aire.<br />
325
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
2. EVAPORADORES<br />
2.1. Evaporador. Definición y función<br />
El evaporador es el elemento productor de frío de la instalación frigorífica.<br />
Los evaporadores son intercambiadores térmicos que aseguran la<br />
transmisión del flujo calorífico del medio que se enfría hacia el fluido<br />
frigorígeno; este flujo calorífico tiene por finalidad la evaporación del<br />
fluido refrigerante líquido contenido en el interior del evaporador.<br />
El evaporador debe obtener la transmisión del flujo calorífico que procede<br />
del medio que se enfría al fluido frigorígeno, absorbiendo éste dicho<br />
flujo a temperatura constante por liberación de su calor latente de<br />
evaporación. Esto ocurre debido a que la temperatura de ebullición del<br />
fluido refrigerante es inferior a la temperatura de medio que se desea<br />
enfriar, convirtiéndose el refrigerante en el foco frío, y el medio a<br />
refrigerar en el foco caliente.<br />
El fluido refrigerante se evapora a baja temperatura y, por tanto, a baja<br />
presión, aunque usualmente superior a la atmosférica, con el objeto de<br />
evitar la entrada de gases y/o vapor de agua en el circuito de baja presión.<br />
El evaporador de la instalación frigorífica está ubicado entre la válvula<br />
de expansión y la tubería de aspiración del compresor. La absorción de<br />
calor del recinto a refrigerar y la transmisión de ese calor al fluido<br />
refrigerante, se consigue de la forma siguiente: el fluido proveniente de<br />
la válvula de expansión entra al evaporador a la temperatura de ebullición<br />
correspondiente a la presión existente en el mismo, y lo hace como vapor<br />
saturado muy húmedo (con un título de vapor muy bajo); debido a su<br />
baja temperatura, absorbe calor a través de las paredes del evaporador,<br />
por lo que se evapora la fracción líquida y aumenta el título del vapor<br />
hasta el valor x = 1 (vapor saturado seco) en el momento de salida del<br />
evaporador.<br />
La eficacia frigorífica de la mezcla líquido-vapor depende del contenido<br />
de líquido en la mezcla, por lo que debe tenerse interés en reducir el<br />
valor de la relación de la mezcla admitida en el evaporador a un límite<br />
lo más bajo posible.<br />
Cuando el evaporador se alimente por válvula de expansión, es imposible<br />
disponer de líquido puro en la inyección. Si queremos alimentar<br />
absolutamente el evaporador con líquido puro, deberá disponerse en el<br />
circuito frigorífico de un separador de líquido.<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
El evaporador es la parte estática de la instalación que más problemas<br />
causa, debido a:<br />
• Dificultades de elección del tipo adecuado para cada instalación en<br />
particular.<br />
• Determinación de su emplazamiento en las instalaciones.<br />
• Variación temporal del coeficiente de transmisión de calor como<br />
consecuencia de la formación de hielo, sobre los tubos.<br />
• Disminución de rendimiento debido a la presencia en su interior de<br />
aceite procedente del compresor.<br />
2.2. Características que debe reunir un evaporador<br />
Para obtener un buen rendimiento, es decir, para conseguir una buena<br />
transmisión de calor en el evaporador, éste debe reunir las siguientes<br />
condiciones:<br />
Operativas:<br />
• La mayor parte de la superficie del evaporador debe estar en contacto<br />
con vapor saturado húmedo y, si es posible, con líquido refrigerante<br />
en ebullición, mejorando así el coeficiente de transmisión de calor.<br />
• La vaporización del fluido debe hacerse preferentemente por<br />
ebullición, condición que ratifica a la anterior.<br />
• El vapor debe salir saturado seco hacia el compresor. En caso negativo<br />
se colocará un separador de líquido.<br />
• El fluido circulará por el evaporador produciendo una pérdida de<br />
carga mínima, pero con velocidad suficiente para originar una buena<br />
transmisión de calor.<br />
• En su seno deben separarse del fluido frigorígeno todas las impurezas,<br />
incluso el aceite de los oleosolubles.<br />
• Debe presentar estanqueidad y solidez respecto al refrigerante<br />
utilizado.<br />
Constructivas:<br />
• Su construcción debe ser sencilla, simple de ejecución y de modo de<br />
operación, siendo su precio bajo.<br />
• Debe ser resistente a la corrosión.<br />
Higiénicas y de mantenimiento:<br />
• Ser de fácil limpieza y, en su caso, de desescarche; acceso fácil para<br />
inspección, limpieza y disponibilidad para purgar aceite, lo que<br />
repercutirá en un bajo coste de mantenimiento.<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Un evaporador que reúna estas características funcionará bien siempre<br />
que tenga una buena alimentación de fluido frigorífico. La velocidad de<br />
alimentación depende de la velocidad de vaporización del refrigerante,<br />
la cual aumenta con la carga térmica.<br />
2.3. Tipos de evaporadores<br />
Debido a las muchas y distintas aplicaciones de la refrigeración mecánica,<br />
los evaporadores se fabrican según distintos diseños.<br />
Se clasifican según los criterios:<br />
• Método de alimentación del líquido refrigerante.<br />
• Tipo de construcción.<br />
• Procedimiento de circulación del aire o líquido.<br />
• Aplicación.<br />
Tipos de evaporadores según el metodo de alimentacion<br />
del refrigerante<br />
Según el método de alimentación del refrigerante los evaporadores se<br />
pueden clasificar como:<br />
• De expansión seca.<br />
• Inundados.<br />
Esta clasificación se realiza en función de si la instalación contiene un<br />
separador de líquido o no.<br />
Evaporador de expansión seca (sin separador de líquido).<br />
En este tipo de evaporador, la alimentación del líquido se realiza a través<br />
de una válvula de expansión termostática.<br />
Evaporador de expansión seca con válvula termostática<br />
La cantidad de líquido que entra en el evaporador está limitada a la<br />
cantidad que puede ser completamente vaporizada durante el tiempo<br />
en que éste recorre el evaporador, de forma que sólo llegue vapor al<br />
tramo de aspiración. Se evita así la posible llegada de líquido al compresor,<br />
pero no se aprovecha bien la parte final del evaporador.<br />
328
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Para obtener una vaporización completa del refrigerante en el evaporador,<br />
se permite un recalentamiento de 10° C al final del mismo. Esto requiere<br />
normalmente de un 10 % a un 20 % de la superficie total del evaporador.<br />
La cantidad de líquido en el evaporador de expansión seca varía con la<br />
carga del evaporador. Para un evaporador de expansión seca, la relación<br />
cantidad de líquido-superficie húmeda y por lo tanto, la eficiencia del<br />
evaporador, aumenta cuando la carga se incrementa<br />
Este tipo de evaporadores a pesar de tener peores rendimientos que los<br />
de tipo inundado, son mucho más baratos y más simples en su diseño.<br />
Presentan menos problemas de recirculación de aceite y requieren menos<br />
carga de refrigerante, siendo los más utilizados en instalaciones frigoríficas.<br />
Evaporador inundado (con separador de líquido).<br />
Son evaporadores que durante el funcionamiento están llenos de líquido<br />
casi en su totalidad. El evaporador es alimentado con una sobredosis de<br />
líquido, del que sólo una parte (20-25%) es vaporizado cuando el<br />
refrigerante deja los tubos. La carga térmica es abatida mediante la<br />
evaporación de ese 20-25%, el resto de líquido refrigerante se utiliza<br />
para mantener la superficie de los tubos húmeda, incrementando la<br />
transferencia de calor interno, sirviendo al mismo tiempo para eliminar<br />
el aceite.<br />
La ebullición es provocada y sostenida por el vacío creado por la aspiración<br />
de los vapores del evaporador por el compresor, y cesa al pararse el<br />
compresor.<br />
El nivel de líquido en el evaporador inundado se mantiene constante<br />
mediante una válvula de regulación de tipo flotador.<br />
Las formas que adoptan estos evaporadores son muy variadas, pero en<br />
esencia están constituidos por un gran depósito, generalmente cilíndrico,<br />
donde va alojada la válvula y el flotador. Esta válvula colocada en el lado<br />
de baja del sistema, permite la entrada de refrigerante líquido a medida<br />
que sea necesario, siendo controlada su acción por el nivel de líquido<br />
en el depósito cilíndrico, que debe encontrarse en sus 4/5 partes. Los<br />
vapores desprendidos en la evaporación llenan el espacio libre en la<br />
parte superior del depósito.<br />
Evaporador inundado<br />
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U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Es evidente que un sistema seco tendrá un menor coeficiente de<br />
transferencia de calor que un sistema inundado, que es de un gran<br />
rendimiento, ya que al hallarse toda su superficie bañada de líquido<br />
refrigerante, se obtiene una plena ebullición de toda la masa de forma<br />
muy vigorosa con la consiguiente y rápida absorción, en grado máximo,<br />
de vapor en toda la superficie del evaporador. Sin embargo la gran<br />
cantidad de líquido necesario en los evaporadores inundados encarece<br />
mucho este tipo de instalaciones.<br />
Tipo de evaporadores según el tipo de construcción<br />
Atendiendo al tipo de construcción empleada, los evaporadores se pueden<br />
clasificar en:<br />
• Evaporadores de tubos lisos.<br />
• Evaporadores de placas.<br />
• Evaporadores de superficie ampliada o con aletas.<br />
Los evaporadores donde la superficie del evaporador está más o menos<br />
en contacto con el refrigerante que se vaporiza en el interior se clasifican<br />
como evaporadores de superficie primaria, es el caso de los evaporadores<br />
de tubos lisos y los evaporadores de placas. En los evaporadores con<br />
aletas, los tubos por los que circula el refrigerante forman la superficie<br />
primaria, mientras que las aletas que no están llenas de refrigerante son<br />
las superficies secundarias de transferencia de calor, cuya función es la<br />
de captar calor de los alrededores y transmitirlo hasta los tubos que<br />
transportan el refrigerante.<br />
Los evaporadores de tubos lisos y placas aunque dan resultados<br />
satisfactorios en cualquier tipo de instalación, se emplean principalmente<br />
en aquellas instalaciones en las que la temperatura se mantiene por<br />
debajo de -1º C y es inevitable la acumulación de escarcha sobre la<br />
superficie del evaporador.<br />
La acumulación de hielo en la superficie primaria del evaporador no<br />
afecta a la capacidad del equipo en la misma extensión que lo hace en<br />
las aletas.<br />
Tienen, además, la ventaja de que se limpian fácilmente y pueden<br />
descongelarse con rapidez, manualmente, ya sea cepillando o raspando<br />
la acumulación de hielo. Esta operación puede ser realizada sin interrumpir<br />
el proceso de refrigeración y mimetizando la calidad del producto<br />
refrigerado.<br />
Evaporador de tubos lisos<br />
Los evaporadores de tubos lisos se construyen generalmente en acero y<br />
330
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
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cobre. Los construidos en acero se utilizan para construir grandes<br />
evaporadores, mientras que los de cobre se usan en instalaciones pequeñas.<br />
Los serpentines de tubos lisos se pueden obtener en varias formas tamaños<br />
y diseños, y generalmente se fabrican bajo pedido, para cada instalación<br />
en particular. Formas comunes son el zig-zag u ovales.<br />
Los evaporadores de este tipo se emplean para el enfriamiento de líquidos.<br />
Evaporadores de placas<br />
Evaporadores de tubos lisos<br />
Los evaporadores de placas son de varios tipos. Algunos están construidos<br />
con dos láminas de metal estampadas o soldadas, de forma que suministran<br />
una trayectoria al fluido refrigerante entre ellas.<br />
Evaporador tipo placas<br />
Este tipo de evaporador de placas se utiliza en los frigoríficos y congeladores<br />
domésticos, debido que se limpian fácilmente, y son de construcción<br />
rápida y económica en cualquiera de los diseños establecidos.<br />
Otro tipo de evaporador de placas se construye uniendo a un circuito<br />
tubular dos placas metálicas que se sueldan. Para conseguir un mejor<br />
contacto térmico entre las placas soldadas y el circuito tubular que<br />
transporta el refrigerante, el espacio entre las placas se llena con una<br />
solución eutéctica o bien se realiza el vacío de forma que la presión<br />
atmosférica ejercida en las superficies exteriores de las placas mantenga<br />
éstas firmemente unidas a los tubos.<br />
Evaporadores de este tipo son utilizados en los camiones frigoríficos. En<br />
estos tipos de evaporadores, las placas están situadas verticalmente u<br />
horizontalmente en las paredes o en el techo del camión, conectándose<br />
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a una planta central de refrigeración mientras que los camiones están<br />
aparcados en las terminales durante la noche.<br />
Evaporadores con aletas<br />
Los evaporadores con aletas son tubos lisos a los que se les han incorporado<br />
placas metálicas o aletas. Estas aletas sirven como superficie secundaria<br />
de absorción de calor y tienen la misión de incrementar la superficie<br />
total del evaporador y, por tanto, su eficiencia.<br />
Se produce un aumento de la eficiencia debido a que en los evaporadores<br />
de tubos lisos, gran parte del aire que circula a su través pasa por los<br />
espacios existentes entre tubo y tubo y no tiene contacto con la superficie<br />
metálica. Cuando las aletas son añadidas a los tubos, estas aletas ocupan<br />
el espacio existente entre los tubos y actúan como colectores de calor,<br />
aumentando la superficie de captación de calor hacia los tubos.<br />
Para que la captación de calor desde las aletas hacia los tubos sea efectiva,<br />
las aletas deben estar colocadas de manera que aseguren un buen contacto<br />
térmico entre ellas y los tubos. En algunos casos, las aletas se sueldan<br />
directamente a la tubería, mientras que en otros se deslizan sobre el<br />
tubo, expandiéndose luego éste por la aplicación de presión o por algún<br />
otro medio, de manera que las aletas se incrustan en la superficie del<br />
tubo, estableciendo un buen contacto térmico.<br />
El tamaño y espaciado de las aletas depende en parte, del tipo particular<br />
de aplicación para el que ha sido diseñado el evaporador.<br />
El tamaño del tubo condiciona el de la aleta proporcionalmente, tubos<br />
pequeños requieren aletas pequeñas y viceversa.<br />
El espaciado entre aletas variara principalmente según la temperatura<br />
de operación del tubo.<br />
El espaciado de las aletas debe ser más amplio para los evaporadores con<br />
convección natural, que para aquellas que emplean ventiladores. Un<br />
aleteado excesivo puede reducir la capacidad del evaporador por restringir<br />
la circulación del aire entre los tubos innecesariamente.<br />
Los evaporadores con aletas tienen una superficie mayor por unidad de<br />
longitud, con lo cual pueden construirse de menor tamaño .<br />
Evaporadores con aletas<br />
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U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Tipo de evaporadores según el procedimiento de circulacion<br />
del aire<br />
Según el método de circulación del aire los evaporadores se clasifican<br />
en:<br />
• Evaporadores de convección natural.<br />
• Evaporadores de convección forzada.<br />
Para seleccionar la velocidad de circulación del aire en el espacio<br />
refrigerado se debe de tener en cuenta las diferentes aplicaciones<br />
existentes.<br />
Una corta velocidad del aire disminuye el rendimiento del evaporador,<br />
provocando un enfriamiento lento del producto, ocasionando el desarrollo<br />
de bacterias. En cambio una excesiva velocidad del aire causa una<br />
deshidratación del producto.<br />
La velocidad de circulación del aire deseada depende sobre todo de:<br />
- Humedad de la cámara o espacio a refrigerar.<br />
- Tipo de producto.<br />
- Período de almacenamiento.<br />
Estos tres factores están interrelacionados. Una pobre circulación de aire<br />
tiene el mismo efecto en el producto que una alta humedad del aire en<br />
el recinto, mientras que una alta circulación de aire tiene el mismo efecto<br />
que una baja humedad.<br />
Evaporadores de convección natural<br />
Estos evaporadores se utilizan para refrigeradores domésticos, neveras<br />
portátiles, y almacenes frigoríficos, donde es necesaria una humedad<br />
relativa elevada y no es necesaria la ventilación de los productos<br />
almacenados. Sus inconvenientes son el bajo coeficiente de transmisión<br />
de calor, la deficiente distribución de la temperatura del recinto y la<br />
dificultad de desescarche.<br />
Evaporador convección natural<br />
333
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
El funcionamiento de estos evaporadores se basa en la diferencia de<br />
densidades del aire conforme aumenta de temperatura. El aire del recinto<br />
a enfriar al ponerse en contacto con las aletas del evaporador se enfría,<br />
aumenta su densidad y, al ser más pesado, cae. Es reemplazado por aire<br />
caliente que llega por la parte superior al evaporador y realiza el mismo<br />
ciclo.<br />
La velocidad de circulación del aire sobre los tubos del evaporador en<br />
la convección natural es función de la diferencia de temperatura existente<br />
entre el evaporador y la cámara.<br />
Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura, mayor es el nivel de<br />
circulación.<br />
Evaporadores de convección forzada<br />
Los evaporadores de convección forzada son básicamente tubos lisos con<br />
aletas situados en el interior de una carcasa y equipados con uno o más<br />
ventiladores para suministrar la circulación del aire. Los ventiladores<br />
establecen una circulación de aire forzado, aumentando así la absorción<br />
de calor y reduciendo, en consecuencia, la superficie del evaporador.<br />
Evaporadores de convección forzada<br />
Ventajas de los evaporadores de convección forzada.<br />
• Formas más compactas.<br />
• Tamaño reducido.<br />
• Facilidad de instalación.<br />
• Obtención de una temperatura más uniforme debido a la rápida<br />
circulación de aire.<br />
• Regulación del grado de humedad relativa.<br />
La caída de temperatura del aire que circula por el evaporador debe ser<br />
la mitad de la diferencia entre la temperatura del recinto y la de<br />
vaporización del refrigerante.<br />
Como regla general, la velocidad del aire debe ser mantenida entre 1-<br />
2,5 m/s.<br />
334
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Tipos de evaporadores según su aplicación<br />
Según su aplicación podemos diferenciar entre enfriadores de líquidos,<br />
de aire y de sólidos por contacto directo.<br />
Enfriadores de líquidos.<br />
Los enfriadores de líquidos se clasifican en:<br />
• Enfriador Baudelot.<br />
• Enfriador sumergido o de inmersión.<br />
• Enfriador de circuito cerrado.<br />
Enfriador Baudelot<br />
El enfriador Baudelot consiste en una serie de tubos horizontales, los<br />
cuales se sitúan debajo unos de los otros y se conectan todos entre sí al<br />
objeto de establecer el circuito por el que circulará el fluido refrigerante.<br />
Evaporador de Baudelot<br />
El refrigerante circulará por el interior de los tubos mientras que el<br />
líquido a enfriar circula formando una fina película (cortina) sobre el<br />
exterior.<br />
El líquido fluye a través de los tubos por gravedad desde un distribuidor<br />
localizado en la parte superior del enfriador y es recogido en un canal<br />
situado en la parte inferior.<br />
El hecho del que el líquido enfriado se encuentre a la presión atmosférica<br />
y esté abierto al aire, hace ideal este evaporador para cualquier aplicación<br />
de enfriamiento en la cual sea importante la aireación.<br />
Con este tipo de evaporador es posible enfriar el líquido hasta una<br />
temperatura próxima a su punto de congelación sin que haya peligro de<br />
daños para el equipo si ocurre una congelación ocasional del producto.<br />
335
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Enfriador sumergido o de inmersión<br />
Este tipo de evaporador consiste en un enfriador de tubos lisos instalado<br />
en el centro o en un lado de un gran tanque de acero, el cual contiene<br />
el líquido a enfriar. Aunque completamente sumergido en el líquido a<br />
enfriar, el serpentín enfriador está separado del cuerpo principal del<br />
líquido por un deflector. Existe un agitador que es empleado para poner<br />
en contacto el líquido a enfriar con el serpentín evaporador a una<br />
velocidad relativamente alta de 30-45 m/min. Este tipo de serpentín<br />
puede adoptar disintas formas: espiral, tubos lisos, etc.<br />
Dentro de este tipo de evaporadores se encuentran los utilizados como<br />
acumuladores de hielo.<br />
El tanque de acumulación de hielo consiste en un evaporador de tubos<br />
lisos o de placas sumergido en un tanque de agua. Los tubos o las placas<br />
se separan a una distancia superior a la normal para permitir la formación<br />
de la capa de hielo.<br />
Enfriadores de circuito cerrado<br />
Los enfriadores de circuito cerrado incluyen:<br />
• Enfriadores de doble tubo.<br />
• Enfriadores multitubulares: verticales y horizontales.<br />
• Enfriadores de doble tubo.<br />
Los enfriadores de doble tubo consisten en dos tubos, uno montado<br />
en el interior del otro. El fluido a enfriar circula en una dirección a<br />
través del tubo interior mientras que el refrigerante fluye en la<br />
dirección opuesta a través del espacio anular entre los tubos interior<br />
y exterior, lo que proporciona un elevado coeficiente de transmisión<br />
de calor, dependiendo éste no sólo de la velocidad de los fluidos sino<br />
también de la diferencia media de temperatura. Se puede tomar<br />
como valor medio de cálculo el de 500 Kcal/m2fh°C. Las longitudes de tubo empleadas se encuentran entre 3 y 6 m,<br />
constando cada elemento a refrigerar con 6 a 16 tubos en altura,<br />
aislados exteriormente.<br />
Los tubos exteriores se sueldan a colectores verticales lo que<br />
proporciona un fácil acceso a los tubos interiores y elimina las uniones<br />
de conductos de refrigerante.<br />
Pueden trabajar en régimen seco e inundados.<br />
Una de las desventajas de estos enfriadores es el gran espacio que<br />
ocupan, sobre todo en altura. Se utilizan en aplicaciones muy<br />
especiales, como en industrias de fermentación: vino y mosto.<br />
336
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U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
En ciertas aplicaciones que requieren un coeficiente de transmisión<br />
de calor mayor se construyen de triple tubo, circulando el refrigerante<br />
por la sección anular media.<br />
• Enfriadores multitubulares<br />
Llamados también de carcasa y tubos, existen dos grandes grupos en<br />
función del refrigerante con el que trabajan.<br />
1. Evaporadores multitubulares cuyo refrigerante es un HFC<br />
Construidos en cobre con tubos aleteados laminados, el refrigerante<br />
circula por el interior de los tubos. Son enfriadores que trabajan<br />
en régimen seco, regulando el caudal del refrigerante mediante<br />
válvulas termostáticas. El mantenimiento es más complicado que<br />
los que trabajan con amoniaco, se suele realizar un tratamiento<br />
químico.<br />
2. Evaporadores de carcasa y tubos cuyo refrigerante es el R-717<br />
(amoniaco).<br />
Construidos en acero inoxidable con tubos lisos, el amoniaco<br />
circula entre los tubos y la carcasa. Estos evaporadores trabajan<br />
inundados, pudiendo utilizar la mitad de la carcasa como separador<br />
de líquido. El flujo de refrigerante se regula a través de una válvula<br />
de flotador, manteniendo el nivel de refrigerante constante, justo<br />
por encima de la última fila de tubos. El mantenimiento es muy<br />
sencillo, se accede muy fácilmente a los tubos eliminando las tapas<br />
de los mismos.<br />
Esta diferencia en su concepción se debe únicamente a las<br />
condiciones de la distinta miscibilidad de estos fluidos con los<br />
aceites de lubricación.<br />
Estos evaporadores se utilizan para enfriar agua, salmuera, leche,<br />
cerveza y otros líquidos de baja viscosidad.<br />
Estos enfriadores son usados exclusivamente para temperaturas<br />
de agua relativamente altas. La temperatura de evaporación debe<br />
ser superior al punto de<br />
congelación del agua.<br />
La velocidad de circulación<br />
del líquido en los tubos no<br />
puede exceder normalmente<br />
de los 2 mIs para<br />
evitar problemas de pérdidas<br />
de presión y de corrosión.<br />
337<br />
Enfriador multitubular
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Enfriadores de aire<br />
El enfriamiento del aire de los locales, es idéntico en su principio, al de<br />
los líquidos, debiendo tenerse en cuenta las tres diferencias siguientes:<br />
• El coeficiente de transmisión entre el aire y la superficie fría es mucho<br />
más bajo que su homólogo en el caso de enfriamiento de líquido.<br />
• Al igual que en los evaporadores enfriadores de líquidos, la velocidad<br />
de circulación del fluido a enfriar es un factor primordial para<br />
aumentar el valor del coeficiente global de transmisión térmica.<br />
• El aire a enfriar será el de una cámara fría en la que se desean<br />
conservar alimentos perecederos, o el que, después de tratado, se<br />
descargan en los locales climatizados.<br />
Aunque el enfriamiento del aire se puede realizar tanto por convección<br />
natural como por forzada, ya se ha indicado anteriormente que el segundo<br />
tipo es el más utilizado por las ventajas que presenta.<br />
Dentro de los enfriadores de aire se diferencian dos grupos principales:<br />
• Secos.<br />
• Húmedos.<br />
• Enfriadores de aire secos<br />
Los enfriadores secos son aquéllos en los que el aire y el fluido<br />
frigorígeno intercambian calor de forma indirecta (existe una pared<br />
metálica de separación).<br />
Dentro de este tipo están:<br />
- Baterías de convección forzada.<br />
- Radiadores.<br />
Las baterías de convección forzada consisten en una carcasa<br />
metálica con una serie de tubos con aletas, que normalmente<br />
lleva ventiladores. Las bocas de salida del aire se colocan en la<br />
cámara frigorífica. En la parte superior suelen llevar una boca de<br />
aspiración de aire y en la inferior un dispositivo para recoger el<br />
agua de desescarche. En estos tipos de enfriadores de aire, el<br />
coeficiente global de transferencia de calor, K, está comprendido<br />
entre 12-15 w/m2 °C.<br />
Los radiadores consisten en una batería de tubos lisos o con aletas,<br />
dentro de los cuales se vaporiza el fluido frigorígeno y que se<br />
encuentran dispuestos en un espacio cerrado fuera del recinto<br />
frigorífico a enfriar. Un ventilador establece la circulación del<br />
338
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
aire sobre los tubos y dentro de la cámara. El conjunto bateríaventiladores<br />
se encuentra encerrado dentro de una carcasa<br />
correctamente aislada. Se emplean en cámaras frigoríficas con<br />
temperaturas negativas. Valor del coeficiente global de transferencia<br />
de calor, K entre 5-10 w/m 2 °C.<br />
Enfriador de aire húmedo<br />
• Enfriadores de aire húmedos<br />
Los enfriadores de aire húmedos son enfriadores de aire en los cuales<br />
el aire está en contacto con el fluido refrigerante, normalmente agua.<br />
En el pasado, se utilizaron como refrigerantes las salmueras, hoy día<br />
el medio más popular es el agua. Por esta razón, el uso de este tipo<br />
de enfriador está restringido a cámaras con temperatura positiva.<br />
El funcionamiento es el siguiente: el agua fría es pulverizada por<br />
medio de un tubo rociador sobre la masa de aire y los ventiladores<br />
mueven el aire en contracorriente a través de la masa húmeda,<br />
enfriando la masa de aire. Funcionamiento inverso al de las torres<br />
de refrigeración donde la corriente de aire provoca el enfriamiento<br />
del agua.<br />
Problemas que conlleva el uso de enfriadores de aire húmedo:<br />
- Necesitan un espacio considerable.<br />
- Son caros en cuanto a su coste de compra y requieren alta inversión<br />
y mantenimiento contra la corrosión.<br />
- Muestran un consumo energético superior al de los evaporadores<br />
secos debido a la utilización de bombas para la impulsión del<br />
agua.<br />
Ventajas del uso de enfriadores de aire húmedo.<br />
- La humedad relativa obtenida en el recinto es más alta debido a<br />
que el aire está en contacto con el agua. El aire deja el enfriador<br />
con una humedad relativa en torno al 100 %.<br />
- Es posible utilizar grandes volúmenes de aire sin que el producto<br />
339
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
sufra proceso de secado alguno ya que es el agua y no el producto<br />
quien suministra la humedad al aire.<br />
- Es posible variar los volúmenes de aire sin que se produzcan<br />
cambios en las condiciones de dicho aire.<br />
- Dado que no se va a producir escarcha no es necesario el<br />
desescarche de estos enfriadores.<br />
2.4. Sistemas directos e indirectos de enfriamiento<br />
Cualquier superficie de transferencia de calor en la cual se expande y<br />
revaporiza un líquido volátil (refrigerante) con el objeto de producir un<br />
efecto de enfriamiento se llama evaporador de “expansión directa” y al<br />
líquido que se evapora se le llama “refrigerante de expansión directa”.<br />
Un sistema de refrigeración de expansión directa es aquél en el cual el<br />
evaporador del sistema, utilizando un refrigerante de expansión directa,<br />
se encuentra en contacto directo con el espacio o material que va a ser<br />
enfriado.<br />
En determinados casos, el enfriamiento no se obtiene por la expansión<br />
directa del refrigerante evaporado, empleándose para dichos casos un<br />
sistema de enfriamiento indirecto.<br />
Agua, salmuera o algún otro líquido adecuado son enfriados por un<br />
refrigerante de expansión directa en un enfriador de líquido y<br />
posteriormente bombeados a través de tuberías hasta el recinto a enfriar.<br />
El líquido enfriado es denominado “refrigerante secundario”.<br />
El refrigerante secundario puede ser puesto en contacto directo con el<br />
producto a refrigerar o bien puede pasar a través de un enfriador de aire<br />
o cualquier otro tipo de superficie de intercambio de calor. El refrigerante<br />
secundario, caliente tras enfriar el producto o recinto, es recirculado y<br />
enfriado de nuevo en el enfriador de líquido bombeándose a continuación.<br />
Los sistemas indirectos de enfriamiento se utilizan en instalaciones donde<br />
existe una gran distancia entre el equipo condensador y la zona a enfriar,<br />
debido a que se necesita un gran volumen de refrigerante primario, y<br />
las tuberías son mas caras de instalar, teniendo posteriormente mayores<br />
problemas de pérdidas de cargas.<br />
También son ventajosos los sistemas de expansión indirecta en instalaciones<br />
en las que las fugas de refrigerante y/o aceite en las tuberías pueden<br />
causar contaminaciones o daños en el producto almacenado.<br />
De todas formas, las fugas son siempre más importantes y problemáticas<br />
en tuberías que transportan refrigerantes primarios que en circuitos<br />
hidráulicos o que contienen salmuera.<br />
340
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
El refrigerante secundario más utilizado es el agua, debido a su fluidez,<br />
alto calor específico, alto coeficiente de conductividad, por ser barata y<br />
relativamente no corrosiva, pero cuando la temperatura de trabajo es<br />
inferior a 0ºC deben utilizarse otros refrigerantes que no congelen.<br />
Otro refrigerante secundario es la salmuera, utilizada cuando la<br />
temperatura de trabajo es inferior al punto de congelación del agua.<br />
La salmuera es el nombre que se la da a la solución resultante de la<br />
disolución de diversas sales en agua. Cuando una sal es disuelta en agua,<br />
la temperatura de congelación de la salmuera resultante será inferior a<br />
la temperatura de congelación del agua pura.<br />
Existe una concentración de sal en el agua que produce que la salmuera<br />
tenga el punto de congelación más bajo posible para esa sal en particular,<br />
si la concentración de sal varía aumentando o disminuyendo, la<br />
temperatura de congelación de la disolución aumenta. La solución a la<br />
concentración crítica es denominada solución eutéctica.<br />
Los dos tipos de salmuera que se utilizan en refrigeración son:<br />
• La salmuera de cloruro cálcico.<br />
• La salmuera de cloruro sódico.<br />
Además del agua y la salmuera, se utilizan como refrigerantes secundarios<br />
soluciones anticongelantes como el etilenglicol, el propilenglicol, el<br />
metanol y la glicerina.<br />
A diferencia de las salmueras, las soluciones glicoladas no son corrosivas,<br />
siendo compuestos extremadamente estables; además, los glicoles no<br />
sufren vaporización alguna en condiciones normales de operación, por<br />
lo que las soluciones glicoladas están reemplazando a las salmueras en<br />
un número importante de instalaciones.<br />
2.5. Parámetros característicos<br />
Capacidad frigorífica del evaporador (coeficiente global<br />
de transmisión)<br />
La capacidad frigorífica de un evaporador es la cantidad de calor que<br />
fluye a través de su superficie de intercambio procedente del recinto o<br />
producto a refrigerar, y que se invierte fundamentalmente en la<br />
vaporización del líquido refrigerante.<br />
Un evaporador seleccionado para una aplicación específica cualquiera<br />
debe tener siempre capacidad frigorífica suficiente para permitir que el<br />
refrigerante, al vaporizarse, absorba calor con la rapidez necesaria para<br />
341
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
llevar a cabo el enfriamiento requerido cuando opera a las condiciones<br />
de diseño.<br />
La capacidad frigorífica del evaporador está determinada por los mismos<br />
factores que rigen el flujo de calor a través de cualquier superficie de<br />
transferencia de calor y está expresada por la ecuación:<br />
donde:<br />
• Q: Cantidad de calor transferido, en W.<br />
• K: Coeficiente global de transmisión de calor, en W/m2 °C.<br />
• A: Superficie de intercambio, en m2 .<br />
• :Diferencia de temperatura media logarítmica, en °C, entre la<br />
temperatura del recinto o producto a enfriar y la temperatura de<br />
vaporización del refrigerante.<br />
La capacidad frigorífica de un evaporador depende por lo tanto, de los<br />
siguientes factores:<br />
• Coeficiente global de transmisión de calor, que variará a su vez con<br />
el tipo de evaporador utilizado, sistema de válvula de expansión,<br />
velocidad de alimentación, velocidad de movimiento del medio que<br />
rodea al evaporador, formación de hielo en su superficie, exceso de<br />
aceite, etc.<br />
• Superficie del evaporador (tanto primaria como secundaria).<br />
• Diferencia de temperatura media logarítmica.<br />
Coeficiente global de transmisión<br />
En el intercambio térmico entre dos fluidos que circulan a uno y otro<br />
lado de una pared, la resistencia global al paso del fluido térmico es igual<br />
a la suma de las resistencias parciales ofrecidas por los elementos<br />
constitutivos de la pared, por lo que tendremos:<br />
El coeficiente global de transmisión de calor K es la inversa de R:<br />
El coeficiente global de transmisión térmica K de un evaporador nos<br />
indica la cantidad de calor expresada en Watios que el evaporador puede<br />
absorber por metro cuadrado de superficie y por grado de diferencia<br />
entre la temperatura de vaporización del refrigerante, y la temperatura<br />
del medio a enfriar.<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Cuanto mejor coeficiente global de transmisión térmica dispone el<br />
evaporador, menor diferencia de temperatura entre el recinto a enfriar<br />
y el refrigerante se necesita para conseguir el flujo calorífico que demanda<br />
la instalación, se puede utilizar un refrigerante cuya temperatura de<br />
vaporización se encuentre más cercana a la temperatura del local a<br />
enfriar.<br />
Considerando la sección de un tubo de evaporador tenemos, cualquiera<br />
que sea la posición de dicha sección:<br />
• El refrigerante en el interior del tubo, bajo la forma de mezcla líquidovapor<br />
en proporción variable, pero con temperatura constante Tr,<br />
(temperatura de evaporación) circulando a una velocidad Vr (m/s).<br />
• En el exterior del tubo, el medio que ha de enfriarse, en las mismas<br />
condiciones de funcionamiento, circulando a una velocidad Vm<br />
(m/s) y se encuentra a la temperatura Tm (los dos fluidos circulan,<br />
generalmente, a contracorriente).<br />
• Separando las dos corrientes de fluido, tenemos la pared del tubo,<br />
una pared metálica de espesor e (mm) bañada en sus dos caras por<br />
los fluidos que se hallan en circulación y cuyas temperaturas respectivas<br />
son Tr, y Tm. En todos los puntos del evaporador la temperatura de<br />
evaporación del refrigerante Tr, es inferior a la temperatura del medio<br />
a enfriar Tm.<br />
El intercambio de calor a través de las paredes del tubo se realiza:<br />
• Por convección del fluido frigorígeno en la superficie interna del<br />
tubo.<br />
• Por conducción a través de la pared metálica del tubo.<br />
• Por convección de la superficie exterior del tubo al medio a enfriar.<br />
En la realidad, las condiciones de funcionamiento hacen que esto no<br />
sea completamente cierto. La pared interior de los tubos se hallará<br />
recubierta de una película de aceite, a pesar de que se instalen separadores<br />
de aceite en la descarga del compresor. La pared exterior en el caso de<br />
los evaporadores enfriadores de aire, cuando la temperatura de dicha<br />
pared exterior deba hallarse por debajo de los 0°C observaremos una<br />
capa de escarcha.<br />
343
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
La pared metálica que nos encontrábamos antes se ha convertido en una<br />
pared compuesta por tres capas, donde el flujo calorífico es función del<br />
espesor y conductividad térmica de cada capa.<br />
Ahora el intercambio térmico se produce:<br />
• Por convección del fluido frigorígeno en la superficie de la película<br />
de aceite que recubre la pared interna del tubo;<br />
• Por conducción entre las distintas capas superpuestas: aceite-espesor<br />
del tubo-escarcha (eventualmente);<br />
• Por convección de la superficie externa del tubo hacia el líquido, o<br />
de la escarcha hacia el aire que ha de enfriarse.<br />
La conductividad térmica del aceite y de la escarcha son menores que<br />
la de los metales, por tanto interesa buscar métodos que permitan su<br />
eliminación de la manera más eficaz.<br />
El coeficiente global de transmisión térmica en estas condiciones se<br />
calcula de la siguiente forma:<br />
Partiendo de las dos ecuaciones anteriores y sabiendo que:<br />
: coeficiente de convección del refrigerante, expresado en W/m 2 ºC<br />
: coeficiente de convección del medio a enfriar expresado en W/m2 ºC<br />
: espesor de la película de aceite, expresado en metros.<br />
: espesor del tubo que constituye el evaporador, expresado en metros<br />
: espesor de la escarcha eventual, expresado en metros.<br />
: coeficientes de conductividad térmica de los elementos<br />
correspondientes, expresado en W/m ºC<br />
para el caso de un evaporador recubierto de escarcha (enfriamiento de<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
aire) y sin el término de la resistencia parcial de la escarcha en el<br />
caso de un evaporador enfriador de líquido.<br />
Varía en función del tipo de evaporador y será una de las magnitudes<br />
características que nos permitirán calcular la superficie que debe darse<br />
a un determinado evaporador para evacuar la producción frigorífica<br />
deseada.<br />
Salto térmico en el evaporador<br />
Existen varias definiciones de salto térmico en un evaporador.<br />
Dependiendo del salto térmico seleccionado puede ocurrir que la<br />
superficie obtenida para diseñar el evaporador sea insuficiente ya que<br />
se ha seleccionado un salto térmico superior al real. Es muy importante<br />
este dato a la hora de seleccionar o diseñar un evaporador.<br />
La existencia de varias definiciones se debe a que ni la temperatura de<br />
fluido a enfriar, ni la temperatura de ebullición del refrigerante<br />
permanecen constantes mientras los dos fluidos atraviesan el evaporador.<br />
La temperatura del fluido a enfriar disminuye de forma progresiva a<br />
medida que éste pasa a través del evaporador, además la caída de<br />
temperatura no es lineal, sino que es mayor al cruzar la primera hilera<br />
del serpentín y disminuye a medida que éste pasa por las demás hileras.<br />
Esto es debido a que el salto térmico sigue esa evolución en el transcurso<br />
del evaporador. La caída de temperatura se ve mejor representada por<br />
una curva. El punto medio de la curva expresa la temperatura media<br />
real del aire.<br />
La temperatura real de evaporación es la temperatura a la cual la<br />
evaporación tiene lugar en el evaporador, pero esta temperatura no es<br />
constante. En el distribuidor de la válvula de expansión y en la propia<br />
válvula hay una caída de presión e incluso esta caída de presión es mucho<br />
más importante en los tubos del evaporador. Como la presión varía, la<br />
temperatura de evaporación también varía. Sin embargo, no se pueden<br />
realizar cálculos en base a una temperatura que está continuamente<br />
variando, por lo tanto la definición de temperatura de evaporación es<br />
la temperatura de saturación del refrigerante a la presión que haya a la<br />
salida del evaporador.<br />
Se define la diferencia de temperatura media logarítmica como:<br />
345
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U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
y la diferencia de temperatura media aritmética:<br />
donde:<br />
: temperatura del aire a la entrada del evaporador.<br />
: temperatura del aire a la salida del evaporador.<br />
: temperatura de evaporación.<br />
Existe también otra definición de salto térmico que se utiliza:<br />
A DT también se le llama diferencia de temperatura en el evaporador.<br />
Ejemplo:<br />
Vamos a calcular el salto térmico en un evaporador utilizando las distintas<br />
definiciones que existen para ello:<br />
Los datos de partida son:<br />
= -19 ºC<br />
= -22 ºC<br />
= -26 ºC<br />
Diferencia de temperatura media logarítmica:<br />
Diferencia de temperatura media aritmética:<br />
Diferencia de temperatura en el evaporador:<br />
De todos los saltos térmicos anteriormente definidos, el que mejor<br />
representa la evolución de las temperaturas de los dos fluidos a lo largo<br />
del evaporador es la diferencia de temperatura media logarítmica.<br />
Diferencia de temperatura en el evaporador<br />
Como hemos indicado antes, la DT se define como la diferencia de<br />
temperatura entre la temperatura del aire que entra al evaporador y la<br />
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U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
temperatura de saturación del refrigerante correspondiente a la presión<br />
de salida del evaporador. Suponiendo todos los demás factores constantes,<br />
un aumento de la DT produce un aumento en el salto térmico del<br />
evaporador , es decir la DT afecta a la capacidad del evaporador.<br />
Para una superficie dada de evaporador, si se quiere aumentar la capacidad<br />
de enfriamiento se debe aumentar el valor de DT, y cuando sea posible,<br />
la velocidad a través del evaporador.<br />
Además de la influencia que tiene la DT sobre la capacidad del evaporador,<br />
la DT es el factor más influyente sobre el grado de humedad relativa del<br />
espacio a refrigerar:<br />
Mientras menor sea el salto térmico entre la temperatura del evaporador<br />
y la de la cámara, mayor será la humedad relativa que habrá en el espacio.<br />
Recíprocamente, mientras mayor sea la DT, menor será la humedad<br />
relativa en el espacio.<br />
En las cámaras frigoríficas, la humedad relativa existente en ellas es un<br />
factor muy importante a la hora de conservar el producto en buenas<br />
condiciones, una humedad relativa baja deshidrata el producto y le hace<br />
perder peso, mientras que una humedad relativa alta favorece el desarrollo<br />
de microorganismos sobre los productos.<br />
Es importantísimo buscar un equilibrio sobre la humedad relativa de la<br />
cámara que reduzca los dos inconvenientes anteriores.<br />
Antes de seleccionar un evaporador hay que determinar primero la DT<br />
a que se quiere que funcione, y una vez conocida se elige el evaporador<br />
con suficiente superficie.<br />
Área del evaporador (ventaja de las aletas)<br />
La ecuación, , indica que la capacidad de un evaporador<br />
varia directamente con la superficie exterior, siempre que el coeficiente<br />
global de transmisión de calor K, y el salto térmico del evaporador<br />
permanecen constantes. Lo que ocurre es que muchas veces la variación<br />
en la superficie del evaporador provoca cambios en los valores de K y de<br />
. Esto provoca que, al contrario de lo que indica la ecuación, la<br />
capacidad refrigerante del evaporador no varía en proporción directa<br />
a la variación de la superficie.<br />
Estos cambios en los otros parámetros de la ecuación al variar la superficie<br />
dependen de cómo se amplíe la superficie del evaporador.<br />
Si la superficie se amplia aumentando el número de hileras en<br />
profundidad, la capacidad frigorífica del evaporador no aumenta en<br />
347
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U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
proporción lineal a la superficie ampliada, ya que el disminuye<br />
puesto que la caída de temperatura disminuye a medida que el aire pasa<br />
sobre cada hilera sucesiva. Esto es debido a la diferencia de temperatura<br />
entre el refrigerante y el aire. Se ha ampliado la superficie del evaporador<br />
pero no se ha ampliado la sección transversal de paso del aire a través<br />
del evaporador. En cambio, si la superficie se amplia aumentando el<br />
número de hileras, pero manteniendo la profundidad y ampliando la<br />
sección transversal de paso del aire a través del evaporador, entonces el<br />
aumento de capacidad frigorífica del evaporador es la deseada.<br />
Aumento de hileras<br />
Por lo tanto, para la misma área total, un evaporador plano y largo se<br />
comportará más eficientemente que uno estrecho y con mayor número<br />
de hileras en profundidad. Sin embargo, en ocasiones el espacio físico<br />
disponible es un factor limitante y debe utilizarse este segundo tipo de<br />
evaporador.<br />
Aumentando la velocidad de paso del aire sobre los serpentines, aumenta<br />
el coeficiente global de transmisión de calor K, con lo cual puede ser<br />
una manera de compensar la disminución de capacidad por la disminución<br />
de , al ampliar la superficie del evaporador aumentando la profundidad<br />
de las hileras.<br />
Una de las maneras de aumentar la superficie de intercambio térmico<br />
es añadir aletas a las superficies primarias que conforman los evaporadores.<br />
El objetivo de añadir aletas a una superficie es el de aumentar la superficie<br />
disponible para la transmisión de calor por convección al fluido envolvente.<br />
Sin embargo, la utilización de superficies adicionales rebaja la temperatura<br />
superficial media por debajo del valor, que tendría si no se montasen<br />
aletas. Si el efecto del aumento del área superficial es mayor que el de<br />
la disminución de la temperatura superficial media, las aletas provocarán<br />
un aumento en la capacidad frigorífica del evaporador.<br />
Las aletas actúan unidas a las superficies primarias que conforman el<br />
evaporador intentando obtener el mayor contacto térmico posible.<br />
Se define como eficacia o efectividad de una aleta la relación entre el<br />
calor transmitido por ella y el que transmitiría si la superficie de la aleta<br />
se mantuviese a la misma temperatura que la superficie primaria, de esta<br />
348
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U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
forma se relaciona la capacidad calorífica de una superficie ampliada<br />
con aletas con la de la superficie primaria desprovista de aleta.<br />
La eficacia de una aleta es función e sus dimensiones y la conductividad<br />
del material del que esta hecha, para aletas de cobre y aluminio la eficacia<br />
esta alrededor de 0,90-0,95.<br />
El espaciado entre aletas depende principalmente de la temperatura de<br />
operación. Si existe acumulación de hielo, en los tubos con aletas se<br />
produce una disminución en el paso del aire entre aletas.<br />
Los evaporadores con aletas diseñados para trabajar a bajas temperaturas<br />
deben de tener un amplio espaciado entre aletas para minimizar los<br />
efectos del hielo. Normalmente el espaciado en estos evaporadores varia<br />
entre 6,5 y 8 mm, en cambio en evaporadores donde el problema del<br />
hielo no existe, el espaciado puede estar entre 1,5 y 2 mm.<br />
2.6. Posición de los ventiladores<br />
En los evaporadores de convección forzada tenemos la posibilidad de<br />
colocar el ventilador delante o detrás de la batería de enfriamiento.<br />
Si la posición del ventilador es anterior a la batería de enfriamiento,<br />
pasando antes el flujo de aire por el ventilador y posteriormente por la<br />
batería, la capacidad de enfriamiento es mayor que si colocamos el<br />
ventilador detrás de la batería, ya que el valor de DT es superior en el<br />
primer caso, puesto que la temperatura de entrada de aire en la batería<br />
es superior al absorber el calor del motor del ventilador.<br />
Como anteriormente hemos indicado, para una misma superficie de<br />
evaporador, si se aumenta el valor de DT, aumenta la capacidad de<br />
enfriamiento del evaporador, ya que aumenta .<br />
2.7. Escarche y desescarche de los evaporadores<br />
El aire atmosférico es una mezcla de gases que contiene, especialmente,<br />
vapor de agua en suspensión, este vapor de agua tiende a depositarse<br />
sobre las superficies refrigerantes cuya temperatura es inferior a la de<br />
la cámara y, en la mayor parte de los casos, por debajo de 0°C.<br />
Dicho vapor de agua se deposita, entonces, en forma de escarcha. La<br />
formación de escarcha es prácticamente ilimitada en cuanto al tiempo,<br />
debido a las infiltraciones de vapor de agua a través de paredes y puertas,<br />
por no ser totalmente estancas, y por las aperturas que se producen por<br />
causas del servicio. Otra fuente de humedad que provoca la formación<br />
de escarcha es la humedad que despiden los productos almacenados en<br />
las cámaras frigoríficas.<br />
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U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Intuitivamente, si permanece constante la temperatura media de la<br />
cámara, aumentará la formación de escarcha cuanto más baja sea la<br />
temperatura de las superficies refrigerantes, es decir la temperatura de<br />
las baterías del evaporador.<br />
La temperatura de la superficie de las baterías es más baja cuanto más<br />
baja es la temperatura de evaporación del refrigerante.<br />
Esto nos lleva de vuelta al concepto de la diferencia de temperatura en<br />
el evaporador, DT, anteriormente definido. Si la temperatura de la cámara<br />
permanece constante, y la temperatura de evaporación del refrigerante<br />
disminuye, eso provoca un aumento en la DT. Esto nos indica que un<br />
aumento en la DT provoca un aumento en la formación de escarcha. Si<br />
tenemos en cuenta que la mayor parte de ese vapor de agua depositado<br />
sobre las superficies de las baterías proviene de la evaporación superficial<br />
de los productos almacenados, llegamos a la misma conclusión que<br />
cuando tratábamos el concepto de DT:<br />
Un aumento en la DT produce una deshidratación de los productos<br />
almacenados, reduciendo la humedad relativa de la cámara, por un<br />
aumento en la formación de escarcha sobre la superficie de las baterías.<br />
Para el cálculo de la superficie de un evaporador, antes deberemos fijar<br />
el valor de la DT, teniendo bien en cuenta el valor del grado de humedad<br />
deseado.<br />
Otro factor importante en la valoración del grado hidrométrico, es la<br />
velocidad en la circulación del aire alrededor de los productos<br />
almacenados. Una velocidad elevada motiva renovaciones rápidas de la<br />
capa de aire saturado que se encuentra en contacto con los productos<br />
provocando una evaporación más intensa, con la consiguiente y más<br />
importante deshidratación de aquéllos.<br />
Consecuencias de la escarcha:<br />
• Efecto aislante que provoca una disminución del coeficiente de<br />
película exterior, con la consiguiente disminución de la producción<br />
frigorífica de la máquina, aumentando el tiempo de funcionamiento<br />
de la máquina.<br />
• Reducción del volumen efectivo de aire libre a través de los tubos y<br />
de las aletas dado que la caída de presión del aire aumenta y el flujo<br />
del mismo disminuye.<br />
350
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
• Variación del contenido de humedad adecuado para la correcta<br />
conservación del género.<br />
Debido a estas razones, el consumo de energía eléctrica de la planta<br />
aumentará al incrementarse el tiempo de funcionamiento del equipo<br />
siendo necesaria la realización de un desescarche de forma regular.<br />
Inconvenientes del proceso de desescarche:<br />
• Se produce una perturbación de la temperatura y de la humedad del<br />
almacén frigorífico sino por la adición de calor y humedad, por la<br />
interrupción del ciclo de enfriamiento.<br />
• Se tiene energía de desescarche desperdiciada dentro del almacén<br />
frigorífico.<br />
• Los ventiladores requieren un período de retraso antes de entrar en<br />
funcionamiento, de otra forma ellos distribuirán el exceso de humedad<br />
en el recinto.<br />
• El calor expande el aire en el almacén frigorífico de tal forma que<br />
se produce una presión contra las paredes y el techo.<br />
La determinación de la duración y frecuencia de desescarche es muy<br />
difícil, depende del tipo de evaporador, de la naturaleza de la instalación<br />
y del procedimiento utilizado para ello.<br />
En función de cómo se proceda para obtener la fusión de la escarcha,<br />
podemos clasificar los sistemas de desescarche en dos grandes grupos:<br />
• Los procedimientos de tipo externo en los cuales la fusión de la<br />
escarcha es obtenida a partir de la capa periférica; dicha fusión debe<br />
ser total.<br />
- Desescarche manual (por raspado o cepillado).<br />
- Desescarche por paro de la máquina y calentamiento natural de<br />
los evaporadores.<br />
- Desescarche por paro de la máquina y circulación de aire forzado<br />
sobre el evaporador.<br />
- Desescarche por aspersión o pulverización de agua, salmuera o<br />
anticongelantes.<br />
• Los procedimientos internos, más modernos y más rápidos, en los<br />
cuales la fusión de la escarcha se obtiene a partir de la capa interior<br />
que se halla en contacto con los tubos del evaporador sin necesidad<br />
de una fusión total, ya que la escarcha se rompe al faltarle soporte<br />
sobre los tubos.<br />
- Desescarche por calentamiento eléctrico del evaporador.<br />
351
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
- Desescarche por gases calientes.<br />
- Desescarche por inversión de ciclo.<br />
• Procedimientos externos: procedimientos lentos ya que los<br />
desescarches son poco frecuentes.<br />
- Desescarche manual:<br />
Los procedimientos de desescarche por raspado, cepillado o<br />
picado de la escarcha se han abandonado debido a la importante<br />
mano de obra que requerían y, asimismo, a que sólo podían<br />
aplicarse a los evaporadores de tubos lisos.<br />
- Desescarche por paro de la máquina y calentamiento natural de<br />
los evaporadores:<br />
Este sistema sólo puede emplearse si la temperatura de la cámara<br />
es superior a cero grados. Es un procedimiento largo debido a la<br />
poca capacidad calorífica del aire y a la masa térmica importante<br />
que representa la escarcha, el evaporador y el fluido contenido<br />
en el mismo. Requiere el paro de la máquina pero puede<br />
automatizarse fácilmente.<br />
- Desescarche por paro de la máquina y circulación de aire forzado<br />
sobre el evaporador:<br />
También es un sistema para cámaras donde la temperatura es<br />
superior a cero grados. Este procedimiento es similar al<br />
anteriormente descrito, aunque la fusión de la escarcha se acelera<br />
por medio de la circulación de aire sobre el elemento del<br />
evaporador durante el período de parada de la máquina. El<br />
sistema puede automatizarse con facilidad quedando sujeta la<br />
puesta en marcha de la máquina a la fusión total de la escarcha.<br />
- Desescarche por aspersión de agua, salmuera o soluciones<br />
anticongelantes:<br />
Para recintos frigoríficos de temperatura muy próxima a 0°C, el<br />
desescarche puede hacerse atomizando agua sobre la superficie<br />
de los serpentines del evaporador, pero si la temperatura es inferior<br />
a -2°C, se ha de utilizar salmuera o solución anticongelante en<br />
lugar de agua.<br />
El sistema de desescarche por pulverización de agua es<br />
posiblemente el más sencillo de todos los empleados. Una lluvia<br />
de agua a presión sobre las capas de hielo acumuladas sobre el<br />
evaporador, funde el hielo y limpia el evaporador, preparándolo<br />
para el siguiente ciclo de operación. Las baterías de pulverización<br />
de agua se colocan siempre encima del elemento evaporador.<br />
352
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Es preciso controlar el funcionamiento del ventilador para asegurar<br />
que no funcionará desde unos minutos antes de la inyección de<br />
agua, hasta unos minutos después de interrumpida ésta, a fin de<br />
evitar la proyección de agua fuera del evaporador.<br />
El desescarche por este procedimiento dura aproximadamente<br />
4-5 minutos. Es necesario que se regule la operación de<br />
desescarchado de forma que la máquina no pueda ponerse<br />
nuevamente en marcha hasta que haya goteado totalmente el<br />
evaporador y, además, en el caso de las cámaras de congelación,<br />
deberá preverse un dispositivo que asegure el vaciado del agua<br />
que quede retenida en la batería de pulverización, a fin de evitar<br />
su congelación durante el período de marcha de la máquina.<br />
• Procedimientos internos: más rápidos y modernos que los externos,<br />
no requieren la fusión total de la escarcha acumulada en el interior.<br />
La fusión de la misma se obtiene desde el interior y la capa de escarcha<br />
se fragmenta antes de la fusión total por la falta de soporte sobre el<br />
evaporador.<br />
La caída de grandes fragmentos de escarcha sobre la bandeja de<br />
desagüe implica, por el contrario, la necesidad de calentar dicha<br />
bandeja a fin de activar su fusión.<br />
Fácilmente convertibles en automáticos, estos procedimientos se<br />
emplean cada día más para el desescarche de los evaporadores en las<br />
cámaras de temperatura negativa y, asimismo, en los evaporadores<br />
de las vitrinas de exposición y venta de productos congelados.<br />
- Desescarche por calentamiento eléctrico del evaporador.<br />
Es un sistema cómodo, fácil de instalar y relativamente sencillo<br />
de regular y controlar, por lo que puede decirse que es el más<br />
generalizado. Es un procedimiento muy utilizado para el<br />
desescarche de evaporadores de tubos aleteados. Además, cuando<br />
se utiliza este sistema suele calentarse eléctricamente también la<br />
bandeja del evaporador y el tubo de drenaje para evitar una nueva<br />
congelación del hielo fundido.<br />
La fusión de la escarcha se obtiene por el calentamiento directo<br />
de las aletas del evaporador, por medio de resistencias bajo tubo,<br />
de fácil recambio, que se adapta en las aletas. En el ciclo de<br />
desescarche, las aletas se calientan por la acción de las resistencias<br />
transmitiendo por conducción a los tubos del evaporador la<br />
energía calorífica cedida por aquéllas, a través de los cuellos de<br />
contacto de las aletas.<br />
La escarcha, que se funde a su contacto con las aletas y los tubos<br />
calientes, se desprende en forma de placas y partículas circulares<br />
353
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
que terminan de fundirse en la bandeja de desagüe colocada en<br />
la parte inferior del evaporador.<br />
El ciclo de desescarche se inicia cerrando la válvula de solenoide<br />
en la tubería de líquido y parando el ventilador del evaporador.<br />
Esto provoca que la presión descienda rápidamente, y que el<br />
compresor gobernado por el presostato de baja pare. A<br />
continuación, se activa el circuito de las resistencias, las cuales<br />
van a fundir el hielo durante su trabajo. Alcanzada la temperatura<br />
en el evaporador, con lo que se tiene la certeza de que no hay<br />
escarcha sobre el mismo, es importante que las resistencias queden<br />
nuevamente fuera de servicio. Según el control utilizado puede<br />
proseguir el ciclo con un período de paro total, para facilitar el<br />
drenaje del agua de deshielo, entrando seguidamente en servicio<br />
la válvula solenoide y el ventilador, poniéndose posteriormente<br />
en marcha el compresor y quedando la instalación en régimen<br />
normal.<br />
Este procedimiento se emplea mucho en las cámaras de<br />
temperatura negativa que no requieran superficies de intercambio<br />
muy grandes.<br />
- Desescarche por gases calientes:<br />
Este sistema presenta distintas variantes, teniendo todas en común,<br />
el utilizar como fuente de calor el gas caliente descargado por el<br />
compresor, para conseguir el desescarche del evaporador.<br />
Dicho dispositivo, además de los elementos convencionales de<br />
una instalación frigorífica, debe incluir:<br />
- Una tubería de gases calientes (1) que une la descarga del<br />
compresor a la entrada del evaporador después de la válvula<br />
de expansión.<br />
- Una válvula de retención (2) que evita toda alimentación<br />
imprevista de líquido al evaporador, durante el desescarche,<br />
por vaciado del condensador.<br />
Esquema equipo con desescarche gas caliente<br />
354
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
- Una válvula solenoide (4) intercalada en la tubería de líquido,<br />
antes de la válvula de expansión, que interrumpe la<br />
alimentación del evaporador por medio de dicha válvula de<br />
expansión durante el período de desescarche.<br />
- Una válvula solenoide (3) que cierra la tubería de gases<br />
calientes durante los períodos de marcha normal.<br />
Una tubería de derivación, equipada con una válvula de solenoide<br />
(3), se instala entre la descarga del compresor y el evaporador.<br />
Cuando la válvula de solenoide abre, el gas caliente de la descarga<br />
del compresor deriva del condensador y entra en el evaporador<br />
en un punto situado inmediatamente delante del sistema de<br />
control de refrigerante. El desescarche se consigue conforme el<br />
gas caliente cede su calor al evaporador frío, provocando la<br />
condensación del refrigerante. Parte del refrigerante condensado<br />
permanece en el evaporador, mientras que el resto regresa al<br />
compresor donde es evaporado por el calor del compresor, siendo<br />
recirculado al evaporador.<br />
Uno de los inconvenientes de este sistema es que, a medida que<br />
se produce el desescarche, se acumula líquido en el evaporador<br />
y vuelve poco refrigerante al compresor para su recirculación. De<br />
esta forma, el sistema tiende a agotar el vapor antes de que el<br />
evaporador esté completamente desescarchado. Otra desventaja<br />
más seria de este método es la posibilidad de que retorne una<br />
cantidad considerable de refrigerante líquido al compresor y<br />
provoque su deterioro. Estos problemas pueden solucionarse<br />
intercalando algún dispositivo para reevaporar el líquido que se<br />
condense en el evaporador antes de que regrese al compresor. El<br />
método particular que se utilice para reevaporar el líquido es el<br />
factor principal que diferencia un sistema de desescarche por gas<br />
caliente, de otro.<br />
Un método común de desescarche por gas caliente es el de<br />
emplear un serpentín evaporador suplementario en la línea de<br />
aspiración para reevaporar el líquido. Durante el ciclo de<br />
funcionamiento normal, la válvula de solenoide en la línea de<br />
aspiración está abierta y el vapor procedente del evaporador deriva<br />
del serpentín reevaporador para evitar una pérdida excesiva de<br />
presión en la línea de aspiración. A intervalos regulares (3 a 6<br />
horas) el control de tiempo de desescarche inicia el ciclo de<br />
descongelación, abriendo la válvula de solenoide en la línea de<br />
gas caliente y cerrando la de la línea de derivación de aspiracion.<br />
Al mismo tiempo, se paran los ventiladores del evaporador y<br />
arranca el del reevaporador. El líquido condensado en el<br />
evaporador, es reevaporado nuevamente en el serpentín del<br />
355
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
reevaporador y regresa como vapor al compresor, en donde es<br />
comprimido y circulado nuevamente al evaporador. Cuando se<br />
ha terminado la descongelación, puede cerrarse el ciclo por medio<br />
de un control de tiempo o por un control de temperatura en el<br />
evaporador. En cualquier caso, el sistema vuelve a ponerse en<br />
operación cerrando la solenoide de gas caliente, abriendo la de<br />
la aspiración, parando el ventilador del reevaporador y arrancando<br />
los ventiladores del evaporador.<br />
Esquema equipo con desescarche gas caliente<br />
Cuando dos o más evaporadores se conectan a un condensador<br />
común se han de desescarchar por separado, según este sistema.<br />
En este caso, el evaporador en operación puede servir como<br />
reevaporador del refrigerante condensado formado en el<br />
evaporador que se está desescarchando.<br />
- Desescarche por inversión del ciclo:<br />
Este sistema es el más eficaz de todos los dispositivos de desescarche<br />
por gases calientes, ya que en este sistema la condensación de los<br />
gases es total en el evaporador, y el líquido formado se reevapora<br />
en el condensador. Durante el período de desescarche se produce<br />
la inversión de los procesos normales del condensador y del<br />
evaporador, de donde proviene la denominación de desescarche<br />
por inversión de ciclo o desescarche por inversión de marcha.<br />
La gran eficacia del sistema procede de que se disipa en el<br />
evaporador, que se halla bajo el ciclo de desescarche, toda la<br />
potencia calorífica de la máquina y, generalmente, a una<br />
temperatura de evaporación superior a la de su marcha normal.<br />
Se puede obtener esta inversión del ciclo funcional utilizando un<br />
dispositivo especial llamado válvula de inversión.<br />
356
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U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
3. CONDENSADORES<br />
3.1. Condensadores. Definición, función y características<br />
El condensador es el componente del equipo frigorífico encargado de<br />
licuar los vapores de refrigerante, a alta presión, procedente del compresor;<br />
su fin esencial consiste en el traspaso del flujo calorífico del fluido<br />
frigorígeno al medio ambiente.<br />
El medio de condensación ha de ser capaz de tomar del gas refrigerante<br />
todo el calor que contiene, que es igual a la suma de calor absorbido en<br />
el evaporador y el correspondiente al trabajo mecánico de compresión.<br />
El condensador es, en suma, un intercambiador de calor.<br />
Se pueden distinguir tres zonas dentro del condensador:<br />
• Zona de enfriamiento: enfriamiento de los vapores desde la<br />
temperatura del vapor recalentado hasta la temperatura de<br />
condensación (eliminación de calor sensible).<br />
Esta fase es muy rápida debido a la gran diferencia de temperatura<br />
que existe y se efectúa generalmente en la primera cuarta parte del<br />
condensador.<br />
• Zona de condensación: cesión de calor latente de condensación a<br />
temperatura constante.<br />
Esta cesión de calor es muy lenta y necesita las dos cuartas partes<br />
siguientes del condensador. Para que esta cesión se realice es necesario<br />
un salto de temperaturas importante entre el fluido y el medio de<br />
condensación.<br />
• Zona de subenfriamiento: enfriamiento del líquido desde su<br />
temperatura de condensación hasta la temperatura deseada (líquido<br />
subenfriado).<br />
Este enfriamiento se realiza en la cuarta y última parte del condensador.<br />
El enfriamiento que se consigue es función del salto térmico entre<br />
el refrigerante y el medio de condensación.<br />
Condiciones que ha de cumplir todo condensador.<br />
Los fabricantes de condensadores intentan conseguir el régimen de<br />
funcionamiento más económico posible, utilizando la mejor transmisión<br />
de calor, intentando conseguir la disminución de la temperatura de<br />
357
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
refrigerante con un caudal de fluido de enfriamiento mínimo y una<br />
mejor utilización de las superficies.<br />
Para conseguir esto el condensador debe cumplir una serie de condiciones:<br />
• Amplia admisión de gas en el aparato.<br />
• Rápida evacuación del líquido al depósito, sin permanencia prolongada<br />
en las tuberías.<br />
• Sentido inverso en la marcha del fluido y del agua o del aire en el<br />
condensador (contracorriente).<br />
• Gran velocidad del aire o del agua de enfriamiento.<br />
3.2. Partes constituyentes<br />
El condensador, al ser un intercambiador de calor, se compone<br />
básicamente de un haz de tubos lisos o con aletas donde se realiza el<br />
intercambio térmico del refrigerante con el medio condensante. A partir<br />
de ahí, los elementos que componen un condensador difieren mucho,<br />
dependiendo del tipo de condensador de que se trate.<br />
En el siguiente punto se describen los distintos condensadores que existen<br />
haciendo referencia a los elementos que los componen.<br />
3.3. Clasificación de los condensadores<br />
Los condensadores se pueden clasificar según la proporción de calor<br />
intercambiado (sensible y latente) como:<br />
• De calor sensible:<br />
De aire:<br />
- Circulación natural<br />
- Circulación forzada<br />
De agua:<br />
- De inmersión<br />
- De doble tubo a contracorriente<br />
- Multitubulares<br />
• De calor latente:<br />
Atmosféricos:<br />
- Multitubulares verticales<br />
- De lluvia<br />
- De lluvia a contracorriente<br />
358
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
De evaporación forzada:<br />
- Condensadores evaporativos<br />
Además, los condensadores se pueden clasificar en función del medio<br />
refrigerante empleado:<br />
• Condensadores enfriados por agua.<br />
• Condensadores enfriados por aire.<br />
• Condensadores evaporativos (combinación de ambos).<br />
En los dos primeros se produce el enfriamiento a expensas de un aumento<br />
de calor sensible del medio condensante, mientras que en el tercero se<br />
realiza gracias al calor latente de vaporización del agua, fenómeno que<br />
se favorece mediante corrientes de aire.<br />
Condensadores enfriados por agua<br />
El agua, absorbe el flujo calorífico del refrigerante, traduciéndose en un<br />
calentamiento del agua que sirve para condensar el fluido refrigerante.<br />
Este calentamiento condiciona el caudal de agua que debe proporcionarse<br />
al condensador, y como su coste por metro cúbico es relativamente<br />
elevado, puede parecer interesante disminuir el caudal de agua necesario<br />
para la condensación, siempre que se acepte un calentamiento más alto<br />
a fin de reducir los gastos de consumo del agua. La contrapartida de esta<br />
economía será la elevación de la temperatura de condensación del fluido<br />
frigorígeno y, correlativamente, un descenso del rendimiento global de<br />
la instalación. Por consiguiente, es necesario adoptar una solución de<br />
compromiso y, de acuerdo con el coste del metro cúbico de agua, debe<br />
mantenerse un calentamiento comprendido entre 7ºC y 12ºC. Este<br />
problema de limitación del caudal no se presenta en el caso del<br />
condensador de aire, donde podemos disponer gratuitamente de éste.<br />
Los condensadores de agua ofrecen en su realización más diversidad que<br />
los condensadores de aire y, teniendo en cuenta la naturaleza de los dos<br />
fluidos presentes, los coeficientes globales de transmisión térmica son<br />
mucho más elevados que en los condensadores de aire. Por consiguiente,<br />
a capacidad calorífica igual, serán mucho menos voluminosos que los<br />
condensadores de aire.<br />
Los principales atributos de los condensadores enfriados por agua son<br />
su solidez y su elevado poder de transmisión de calor. Como inconvenientes<br />
principales presentan la formación de incrustaciones, la corrosión y el<br />
riesgo de congelación.<br />
A la hora de analizar los datos suministrados por los fabricantes, se debe<br />
tener en cuenta un factor de formación de incrustaciones. Bajo ninguna<br />
circunstancia, se debe seleccionar un condensador en base a los tubos<br />
limpios.<br />
359
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Condensadores de inmersión<br />
Es el tipo más antiguo de condensador de agua. Se empleó al principio<br />
de la industria frigorífica para las máquinas de amoníaco, anhídrido<br />
sulfuroso o cloruro de metilo. Hoy en día no se utilizan.<br />
De todos modos, se emplean siempre bajo una forma que permite<br />
combinar la función de condensador y recipiente de líquido.<br />
Pueden construirse en versión horizontal o vertical. En la versión<br />
horizontal, el condensador se compone de una botella de chapa de acero<br />
doblada y soldada cerrada en sus extremos por dos tapas embutidas y<br />
soldadas. El fluido se condensa en el exterior del serpentín de circulación<br />
de agua, formado éste por un tubo de cobre liso, o con aletas laminadas,<br />
enrollado en forma de espiral de eje horizontal. El fluido condensado<br />
se recoge en el fondo del recipiente.<br />
A potencia calorífica igual son más voluminosos que los de versión vertical,<br />
y su capacidad de condensación no sobrepasa los 8000 watios.<br />
La versión vertical permite aumentar la gama de condensación desde 12<br />
000 a 70 000 watios. El principio de funcionamiento es el mismo:<br />
circulación de agua en el interior del serpentín de tubo de cobre, con<br />
aletas laminadas, y condensación del fluido en el exterior del haz de<br />
tubos arrollados en espiral en sentido del eje vertical. La botella de acero<br />
sirve igualmente de recipiente de líquido.<br />
Habida cuenta de su capacidad de condensación, pueden montarse<br />
varios serpentines en paralelo, conectados a colectores de entrada y salida<br />
de agua.<br />
En su forma vertical los circuitos de agua pueden vaciarse por gravedad,<br />
pero en la versión horizontal este vaciado sólo puede obtenerse en su<br />
totalidad bajo una presión de aire.<br />
Condensador sumergido<br />
Condensadores de doble tubo a contracorriente<br />
Otro tipo de condensador enfriado por agua es el condensador de doble<br />
tubo. Es el tipo más clásico de cambiador de calor. Actualmente está<br />
desplazado por los condensadores multitubulares. Consta de dos tubos<br />
concéntricos en los que el fluido refrigerante circula por el espacio anular<br />
360
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
comprendido entre ambos, de reducido espesor, 4 mm, y el agua de<br />
refrigeración por el interior del tubo central, realizando una verdadera<br />
circulación a contracorriente.<br />
Generalmente, el tubo central es de cobre y el otro de acero, con lo que<br />
disminuye bastante el peligro de corrosión por agua.<br />
Sus principales atributos son un alto coeficiente de transmisión térmica,<br />
facilidad de limpieza y poca ocupación de espacio.<br />
Para este tipo de condensador se puede tomar como coeficiente de<br />
transmisión K=700-950 W/m2 ºC.<br />
Dichos condensadores requieren una botella recipiente de líquido en<br />
el circuito.<br />
El principal inconveniente son las elevadas pérdidas de carga, aunque<br />
se trata de reducirlas disminuyendo el número de codos y limitando las<br />
longitudes de los tubos. Por las condiciones de velocidad citadas, el agua<br />
tiende a dejar menos depósitos, y, aunque su limpieza se realiza fácilmente,<br />
se debe descartar su uso cuando el agua contenga altas proporciones de<br />
materias grasas o bien aceites, como en el caso de aguas de puertos.<br />
Condensadores multitubulares<br />
Condensador doble tubo<br />
Es un condensador muy utilizado. Consta de un envolvente cilíndrica,<br />
en cuyo interior van montados tubos paralelos longitudinales, fijados en<br />
ambos extremos a unas placas tubulares.<br />
Por los tubos circula el agua, que encuentra en las tapas de los extremos,<br />
unos tabiques divisorios que le obligan a efectuar un cierto número de<br />
pasos longitudinales.<br />
El fluido circula por el interior de la envolvente, bañando la superficie<br />
exterior de los tubos de forma que se delimitan dos espacios aislados<br />
361
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
para la circulación de los dos fluidos. La parte inferior de la virola sirve<br />
de recipiente del líquido condensado.<br />
Las dimensiones de estos condensadores son muy variables, encontrándose<br />
diámetros de la carcasa comprendidos entre 0,10 y 1,60 m y longitudes<br />
de tubos entre 0,90 y 6,0 m: Los diámetros de tubos más corrientes, van<br />
de 1,6 cm hasta 5,1 cm, y el número de tubos contenidos en el condensador<br />
puede variar desde seis hasta más de un millar.<br />
Una preocupación general a tomar en estos condensadores es la de evitar<br />
las variaciones bruscas de temperatura que dan lugar a dilataciones o<br />
contracciones rápidas.<br />
Podemos encontrarlos bajo dos formas bien distintas:<br />
• Condensadores multitubulares horizontales.<br />
• Condensadores multitubulares verticales.<br />
Condensador multitubular horizontal.<br />
El haz de tubos se puede construir mediante tubos lisos, tubos rectos<br />
con aletas laminadas o con tubos en U y aletas laminadas.<br />
La superficie de condensación se obtiene por la superficie exterior de<br />
los tubos que forman el haz multitubular, los construidos con tubos lisos<br />
implican virolas de diámetros muy grandes a fin de montar mayor número<br />
de tubos. Para reducir en lo posible este diámetro, y cuando se trata de<br />
fluidos clorofluorados, se emplean tubos con aletas laminadas sobre la<br />
masa del tubo y que, comparativamente con los tubos lisos de dimensiones<br />
análogas, presentan, por metro lineal, superficies de intercambio de tres<br />
a cinco veces superiores. Aumentada extraordinariamente la superficie<br />
de intercambio en el lado del fluido, las dimensiones generales del<br />
aparato quedan asimismo reducidas. El modo de construcción de este<br />
tipo de condensador es similar al de tubos lisos.<br />
Otra forma de construir el haz de tubos es mediante tubos doblados en<br />
forma de espiga formando cada uno una «U».<br />
Con esta disposición, y por las razones expuestas anteriormente, se<br />
consigue un volumen mucho más reducido, a potencia igual, que con<br />
un condensador de tubos lisos.<br />
Los elementos que constituyen este tipo de condensadores son los<br />
siguientes:<br />
• Un cuerpo cilíndrico, llamado calandria, construido de tubo de acero<br />
estirado sin soldadura, o bien, si el diámetro es demasiado grande,<br />
con chapa de acero doblada y soldada.<br />
• En uno de los extremos laterales de la calandria va soldada una tapa<br />
de fondo, de acero, donde se mandrinan los extremos libres del haz<br />
de tubos.<br />
362
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
• Un haz tubular formado por tubos doblados en forma de espiga<br />
formando cada uno una «U».<br />
• En la parte opuesta a donde se monta la tapa de fondo, la calandria<br />
va cerrada mediante una tapa de acero embutida.<br />
• Una tapa tabicada, incorpora las tomas de entrada E y de salida S del<br />
agua, obteniendo, por medio del tabique separador, el número de<br />
«pasos» deseados para la circulación del agua en el haz de tubos.<br />
• La entrada del fluido y la salida del líquido condensado van dispuestas<br />
en forma alternada en la virola.<br />
Condensador multitubular en U<br />
Condensadores multitubulares verticales<br />
Los condensadores multitubulares verticales se consideran como<br />
intercambiadores de calor intermedios entre los que utilizan calor sensible<br />
y los condensadores de evaporación natural o forzada.<br />
Estos condensadores son prácticamente idénticos de concepción que los<br />
condensadores multitubulares horizontales de tubos lisos, pero colocados<br />
verticalmente. Además los fondos donde terminan los tubos de circulación<br />
de agua están abiertos al aire.<br />
Como en los condensadores horizontales multitubulares, encontramos<br />
de nuevo: la calandria, las tapas de fondo y el haz tubular, habiendo, sin<br />
embargo, desaparecido las tapas tabicadas. El haz tubular desemboca al<br />
aire libre. El agua desciende verticalmente por el interior de todos los<br />
tubos en paralelo.<br />
Al alimentar un tubo vertical por un tanque superior que contenga una<br />
altura reducida de agua, se produce naturalmente un fenómeno de<br />
remolino que proporciona al agua un movimiento de giro muy rápido<br />
que le hace seguir la pared interior del tubo a través de un movimiento<br />
helicoidal sin llenar completamente el tubo. Esta notable propiedad en<br />
la circulación de los líquidos se utiliza en este tipo de condensadores a<br />
fin de tener una velocidad de circulación elevada con un gasto reducido.<br />
No hallándose los tubos llenos de agua, pueden servir entonces de<br />
chimenea de circulación de aire ya que el condensador se halla dispuesto<br />
363
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
siempre en el exterior del edificio. El inicio del movimiento de giro se<br />
puede facilitar por la instalación en la parte superior de los tubos de<br />
agua de unas chapas en forma de hélice, o bien de unas piezas de cerámica<br />
con hendiduras helicoidales. Como que el citado fenómeno de remolino<br />
no puede producirse de forma eficaz más que en tubos de diámetro<br />
bastante grande, este tipo de condensador se emplea especialmente en<br />
las máquinas de amoníaco.<br />
El fluido refrigerante circula por el interior de la calandria.<br />
En la parte superior del haz tubular se encuentra el dispositivo de<br />
alimentación del agua que se compone de un tanque alimentado<br />
generalmente por una válvula de flotador que, por rebosadero, alimenta<br />
con una carga constante los distribuidores de agua montados en el<br />
extremo superior de cada tubo del haz tubular. La parte inferior del<br />
condensador descansa sobre una base de hormigón en forma de cubeta<br />
para la recuperación del agua, con un tubo de desagüe, y rebosadero<br />
que evita toda obstrucción en la circulación ascensional del aire en el<br />
interior del haz tubular.<br />
Condensador vertical<br />
Es un condensador que puede utilizarse con agua de mar, pero no con<br />
aguas muy duras.<br />
El consumo de agua es aproximadamente el doble que en un condensador<br />
multitubular horizontal, pero puede reducirse a su tercera parte<br />
acoplándolo con una torre de enfriamiento.<br />
La principal ventaja de este condensador es que los tubos pueden limpiarse<br />
sin interrumpir el funcionamiento de la instalación.<br />
Condensador atmosférico por simple agua de lluvia<br />
Este condensador está formado por unos serpentines verticales de tubo<br />
de acero espaciados alrededor de 0,6 m entre ellos, sobre cada uno de<br />
364
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
los cuales se coloca el distribuidor, consiguiéndose así la lluvia o rociado<br />
del agua de condensación. Esta agua se recupera en la parte inferior del<br />
condensador en una balsa de cemento cuyo nivel se mantiene constante<br />
por medio de una válvula de flotador. La bomba de circulación efectúa<br />
la recirculación del agua sobre el haz de tubos. Las distintas hileras de<br />
serpentines se unen en la parte superior e inferior a través de los colectores.<br />
Condensador de lluvia.<br />
Estos condensadores requieren mucho cuidado en su conservación para<br />
evitar la corrosión de los tubos, la formación de sarro y el desarrollo de<br />
algas en el exterior del haz tubular.<br />
El bajo valor del coeficiente de transmisión y los imperativos de su diseño<br />
conducen a aparatos muy voluminosos, por lo que los constructores han<br />
buscado la forma de mejorar el coeficiente global de transmisión térmica<br />
a fin de reducir la superficie del aparato y, por lo tanto, su volumen.<br />
La manera de mejorar el coeficiente de transmisión térmica es mediante<br />
la construcción de los condensadores de lluvia de agua a contracorriente.<br />
Condensadores atmosféricos de lluvia de agua a contracorriente<br />
(condensador Block)<br />
Este condensador funciona enteramente a contracorriente. Los gases<br />
calientes penetran por la parte inferior de cada serpentín de tubo y el<br />
líquido sale por la parte superior. Los tubos de un mismo serpentín se<br />
unen entre sí por medio de unas curvas de forma especial, en las que la<br />
parte superior, formando una especie de bucle de arco elevado, permite<br />
mantener cierta cantidad de líquido en la parte inferior del tubo. Cuando<br />
la cantidad de líquido llega a un punto que forma tapón, la cantidad<br />
excedente es arrastrada en el tubo superior por los gases descargados y<br />
así, de tubo en tubo, hasta alcanzar el tubo más alto de donde el líquido<br />
es evacuado hacia la botella de líquido.<br />
La presencia constante de líquido y de vapor en los tubos mejora de<br />
forma importante el coeficiente de transmisión.<br />
365
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Condensador Block<br />
Condensadores evaporativos<br />
El condensador evaporativo es una combinación de un condensador y<br />
una torre de enfriamiento. Es un condensador atmosférico con circulación<br />
forzada de agua y flujo de aire. Este tipo de condensador se ha impuesto<br />
por la necesidad de reducir el elevado consumo de agua de condensación<br />
que presentan los otros tipos de condensadores.<br />
Constan en esencia de un condensador de tubos con aletas, en el que<br />
la entrada del refrigerante es por la parte superior y la salida por el fondo<br />
del condensador.<br />
Este condensador va instalado en el interior de una caja, que tiene una<br />
entrada para aire, por una de las partes laterales inferiores y una salida<br />
para aire en el techo.<br />
La parte baja de la caja está formada por un recipiente para agua, cuyo<br />
nivel se mantiene constante gracias a una válvula flotador.<br />
El agua es tomada desde el recipiente, y por medio de una bomba es<br />
conducida a unas toberas pulverizadoras colocadas sobre el condensador.<br />
Condensador evaporativo<br />
366
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Sobre las toberas van colocadas unas placa eliminadoras, que impiden<br />
que el agua pueda ser arrastrada por el aire.<br />
En el techo de la caja, y en el orificio de salida, hay un electroventilador<br />
que provoca una ventilación forzada de éste.<br />
El funcionamiento de este tipo de condensadores es el siguiente:<br />
El aire que entra por la parte inferior del aparato es aspirado por el<br />
ventilador y obligado a atravesar los serpentines de condensador, para<br />
ser expulsado por la parte superior.<br />
El agua bombeada desde el recipiente situado en la parte inferior cae<br />
en forma de lluvia contra el aire que atraviesa los serpentines.<br />
Separadores adecuados impiden que el agua sea arrastrada por el aire.<br />
El agua absorbe el calor cedido por el fluido refrigerante a través de los<br />
serpentines del condensador en forma de calor sensible, elevando su<br />
temperatura.<br />
El aire, al atravesar la cortina acuosa, absorbe algo del agua que rocía<br />
los serpentines, llevándose como calor latente el calor absorbido por el<br />
agua.<br />
Como es lógico, el rendimiento de estos condensadores depende de la<br />
humedad relativa del aire y de la temperatura de condensación del fluido.<br />
La diferencia entre la temperatura de condensación y la temperatura<br />
media del agua de refrigeración varía entre 4°C y 7°C, lo que permite<br />
mejores rendimientos que pueden reducir la potencia del compresor.<br />
El consumo de agua teórico se fija entre el 1,5 y el 3% respecto al de los<br />
otros tipos, aumentando a un 5-10% en los meses de verano. Además del<br />
agua vaporizada, para conseguir el enfriamiento es necesario considerar<br />
el agua de purga, así como el agua que el aire arrastra en forma de gotitas.<br />
Se fijará un valor de consumo de agua entre el 10% y el 15%, valor que<br />
se ha establecido en 2 a 3 litros/h por 1.000 frig/h.<br />
La velocidad superficial del aire se debe fijar para que no se produzca<br />
un elevado arrastre de gotitas, y para que la potencia consumida no sea<br />
elevada. Los valores normales varían de 1,6 a 2,5 m/s.<br />
La fuerza motriz consumida por la bomba de circulación de agua y el<br />
ventilador se estiman entre el 7% y el 8 % de la potencia del compresor.<br />
El coeficiente global de transferencia de calor varía mucho según los<br />
tubos interiores lleven o no aletas y según el tipo de éstas. Se tienen<br />
valores en torno a 350-700 W/m2 °C para tubos con aletas, según el diseño<br />
de las mismas.<br />
El mayor inconveniente de este tipo de condensadores es su coste, algo<br />
367
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
elevado, pero estos gastos se amortizan al haber escasez de agua o cuando<br />
resulta cara la obtención de la misma.<br />
También presentan una estructura de complicada construcción y son<br />
muy voluminosos, teniendo una gran facilidad para la formación de<br />
incrustaciones.<br />
Sin embargo, presentan otra ventaja, y es la de poderlos utilizar como<br />
condensadores enfriados por aire cuando las temperaturas son bajas,<br />
como en invierno, y como evaporativos cuando las temperaturas son<br />
elevadas.<br />
Condensadores enfriados por aire<br />
El aire es un medio de condensación del que se puede disponer<br />
gratuitamente de forma ilimitada, con lo cual debería de ser el elemento<br />
elegido para conseguir la condensación de los vapores del fluido<br />
refrigerante.<br />
Sin embargo, el aire tiene un calor específico muy bajo (Cp = 0,24<br />
Kcal/Kg°C) y, por otra parte, el coeficiente de transmisión térmica entre<br />
un vapor condensante y un gas es igualmente reducido. Estas dos<br />
características obligan a que se tengan que mover grandes volúmenes de<br />
aire y a poner en juego elevadas superficies de intercambio para potencias<br />
frigoríficas relativamente pequeñas. Ello implica la necesidad de aparatos<br />
muy voluminosos y explica por qué los condensadores de aire equipan<br />
solamente máquinas frigoríficas de potencia igual o inferior a 6.000 W.<br />
De todas formas, debido tanto al precio del m_ de agua como a las<br />
restricciones en su consumo, existen cada vez más máquinas frigoríficas<br />
industriales equipadas con condensadores de aire (se denominan<br />
condensadores remotos). Hoy día, los condensadores enfriados por aire<br />
son utilizados en grandes instalaciones industriales, incluso en aquéllas<br />
que utilizan amoniaco.<br />
Los principales .factores a favor de los condensadores enfriados por aire<br />
son: economía de agua, facilidad de instalación, seguridad, escaso<br />
mantenimiento (25% del de los enfriados por agua), útiles en casos de<br />
altos costes de agua y bajos costes de energía eléctrica, adecuados en<br />
casos de aguas duras y/o corrosivas, y para climas húmedos pero no muy<br />
cálidos, y facilidad para obtener elevados intercambios con aletas eficaces.<br />
Como inconvenientes se le atribuyen: mala transmisión de calor,<br />
temperaturas de condensación altas, y costes reales de instalación y<br />
funcionamiento elevados.<br />
Normalmente, la temperatura de condensación se sitúa entre 10º C y 15<br />
°C por encima de la temperatura del ambiente.<br />
368
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Según como se consiga la circulación del aire sobre el condensador, se<br />
clasifican en condensadores de convección natural, los cuales ya no se<br />
utilizan más que en refrigeradores domésticos de muy pequeña capacidad<br />
y en condensadores de convección forzada, por la acción de un ventilador.<br />
Condensadores de convección natural<br />
Como acabamos de decir se utilizan solamente para las instalaciones de<br />
muy reducida potencia (aparatos domésticos o similares). Construidos<br />
al principio con tubo y aletas no se realizan ahora en dicha forma, ya<br />
que los tubos con aletas se llenan de polvo muy rápidamente y, como la<br />
disposición del condensador se halla debajo del mueble, existiendo,<br />
además, el hecho de que la velocidad del aire es muy débil, queda<br />
favorecida aún más la formación de depósitos de polvo y suciedad sobre<br />
las aletas.<br />
Actualmente estos condensadores están formados por un tubo en forma<br />
de serpentín aplicado sobre una chapa que forma una aleta única,<br />
perforada para evitar resonancias, o bien, soldado sobre un entramado<br />
de hilos metálicos, colocándose entonces el condensador en sentido<br />
vertical detrás del aparato. El espacio necesario para la circulación del<br />
aire se obtiene por medio de tacos separadores de materia plástica.<br />
Condensadores de convección forzada<br />
Para potencias frigoríficas superiores a las instaladas en aparatos domésticos<br />
es indispensable utilizar condensadores de aire con circulación forzada<br />
de aire a fin de que los aparatos utilizados tengan un volumen compatible<br />
con las potencias caloríficas que han de evacuarse.<br />
Estos condensadores se utilizan para los grupos frigoríficos llamados<br />
grupos comerciales. Se emplazan sobre la base del grupo compresor, y<br />
la hélice de ventilación se monta sobre la polea del motor de accionamiento<br />
del compresor, si se trata de un compresor accionado por correas. En el<br />
caso de los motocompresores herméticos o herméticos accesibles, se<br />
obtiene la circulación de aire sobre el conjunto aleteado por medio de<br />
uno (o varios) electroventiladores independientes.<br />
Deben mencionarse también los dispositivos de ventilación adoptados<br />
sobre los condensadores de aire de potencia calorífica elevada instalados<br />
a distancia del conjunto motor-compresor. Bajo esta forma, la potencia<br />
calorífica evacuada por estos condensadores, en cuanto al flujo térmico<br />
intercambiado, corresponden generalmente a potencias frigoríficas del<br />
orden de 40.000 Watios.<br />
Por razones económicas de explotación, o de falta total de agua de<br />
condensación puede llegar a desarrollarse condensadores de aire hasta<br />
una potencia unitaria de 2000 KW.<br />
369
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
3.4. Selección de los condensadores<br />
Es necesario tener en cuenta la siguiente información a la hora de elegir<br />
el condensador más adecuado:<br />
• Flujo de refrigerante.<br />
• Temperatura de evaporación.<br />
• Temperatura de condensación.<br />
• Temperatura de entrada agua/aire.<br />
• Temperatura de salida agua/aire.<br />
• Tipo de factor de corrección aplicado.<br />
El criterio fundamentalmente utilizado para la elección del condensador<br />
es la disponibilidad de agua.<br />
Existiendo agua en cantidades suficientes y sin limitaciones, todas las<br />
razones, técnicas y económicas apuntarán a un condensador multitubular<br />
de tipo vertical, cuando el agua disponible sea sucia, y de tipo horizontal<br />
cuando el agua sea dura.<br />
En aquellos casos en los que el agua sea un elemento condicionante se<br />
elegirán condensadores evaporativos, condensadores multitubulares<br />
combinados con torres de enfriamiento, o bien condensadores enfriados<br />
por aire.<br />
Se ha de tener en cuenta también el precio y el espacio ocupado.<br />
Hay que considerar también la resistencia que opone el condensador al<br />
paso del fluido, tanto al de refrigerante como al del que realiza el<br />
enfriamiento. La pérdida de carga en los circuitos del fluido refrigerante<br />
repercute en un aumento de la presión de descarga.<br />
Para la elección de condensadores atmosféricos, evaporativos o combinados<br />
con torres de enfriamiento hay que considerar las condiciones<br />
climatológicas, ya que funcionan mal en climas muy húmedos y cálidos.<br />
Los condensadores enfriados por aire son utilizados en climas cálidos,<br />
siempre que la temperatura del termómetro seco no sobrepase los 37°C.<br />
En los condensadores enfriados por agua, el calentamiento de ésta debe<br />
ser calculado en función de su temperatura de entrada, tomándose<br />
usualmente entre 5º C y 6°C, y siempre considerando que el calentamiento<br />
máximo no debe exceder de 15°C.<br />
370
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
3.5. Funcionamiento del condensador<br />
Carga del condensador<br />
Puesto que el calor cedido en el condensador por el refrigerante al medio<br />
de condensación incluye tanto el calor absorbido en el evaporador como<br />
el trabajo de compresión, la carga total de calor a eliminar en el<br />
condensador siempre excederá a la del evaporador en una cantidad igual<br />
al trabajo de compresión.<br />
Para condiciones de operación fijas, existe una relación entre la carga<br />
del condensador y la del evaporador:<br />
donde:<br />
= capacidad de l condensador en W.<br />
=capacidad frigorífica del evaporador en W.<br />
=potencia indicada real en W.<br />
Capacidad del condensador<br />
La capacidad frigorífica del condensador está determinada por los mismos<br />
factores que rigen el flujo de calor a través de cualquier superficie de<br />
transferencia de calor y está expresada por la ecuación:<br />
donde:<br />
• : capacidad del condensador en W.<br />
• K: Coeficiente global de transmisión de calor, en W/m2 °C.<br />
• A: Superficie de intercambio del condensador, en m2 .<br />
• : Diferencia de temperatura media logarítmica, en grados C, entre<br />
la temperatura de condensación del refrigerante y la del medio<br />
condensante.<br />
Para un determinado valor de K, la capacidad del condensador depende<br />
del área del condensador y de la diferencia de temperatura entre el<br />
refrigerante y el medio condensante. Para cualquier condensador de un<br />
determinado diseño y tamaño, donde el área y K son fijos, la capacidad<br />
del condensador será función de la diferencia de temperatura entre el<br />
refrigerante y el medio de condensación. Por lo tanto, para un<br />
condensador dado, la capacidad del condensador se incrementa o<br />
371
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
disminuye sólo si se aumenta o disminuye el salto térmico. Si se asume<br />
que la temperatura del medio de condensación es constante, el aumento<br />
o disminución de la capacidad de condensador depende del aumento<br />
o reducción de la temperatura de condensación.<br />
Dado que la carga del condensador es siempre proporcional a la carga<br />
del evaporador cualquier variación en la carga del evaporador provocará<br />
una variación en la carga de condensación.<br />
Coeficiente global de transmisión (coeficiente global práctico)<br />
En el intercambio térmico entre dos fluidos que circulan a uno y otro<br />
lado de una pared, la resistencia global al paso del fluido térmico es igual<br />
a la suma de las resistencias parciales ofrecidas por los elementos<br />
constitutivos de la pared, por lo que tendremos:<br />
El coeficiente global de transmisión de calor K es la inversa de R:<br />
Como antes hemos indicado, los intercambios de calor que se producen<br />
en el condensador hacen que podamos diferenciar tres zonas dentro del<br />
mismo:<br />
• Zona de enfriamiento.<br />
• Zona de condensación.<br />
• Zona de subenfriamiento.<br />
Como en cada zona el estado del refrigerante es diferente, las condiciones<br />
de transferencia de calor difieren de una zona a otra con lo que el<br />
coeficiente de transmisión de calor será diferente y variable en cada una,<br />
de acuerdo con la naturaleza del medio de condensación (aire o agua).<br />
Considerando la sección de un tubo de condensador tenemos, cualquiera<br />
que sea la zona de funcionamiento en que coloquemos esta sección del<br />
tubo:<br />
• El refrigerante en circulación en el interior del tubo, cuando la<br />
máquina se halla en régimen permanente, tiene en este punto<br />
particular una velocidad Vr (m/s) y una temperatura Tr (ºC).<br />
372
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
• En el exterior del tubo, el medio de condensación, el cual, en las<br />
mismas condiciones de funcionamiento, tiene una velocidad de<br />
circulación de Vf (m/s) y una temperatura Tf (ºC).<br />
• Separando las dos corrientes de fluido, tenemos la pared del tubo,<br />
una pared metálica de espesor e (mm), bañada en sus dos caras por<br />
los fluidos que se hallan en circulación y cuyas temperaturas respectivas<br />
son Tr, y Tf. En todos los puntos del condensador la temperatura del<br />
refrigerante Tr, es superior a la temperatura del medio de condensación<br />
Tf.<br />
El intercambio de calor a través de las paredes del tubo se realiza:<br />
• Por convección del fluido frigorígeno en la superficie interna del<br />
tubo.<br />
• Por conducción a través de la pared metálica del tubo.<br />
• Por convección de la superficie exterior del tubo al medio de<br />
condensación.<br />
En la realidad, las condiciones de funcionamiento hacen que esto no<br />
sea completamente cierto. La pared interior de los tubos se hallará<br />
recubierta de una película de aceite, a pesar de que se instalen separadores<br />
de aceite en la descarga del compresor. Además sobre la pared exterior<br />
a pesar de las precauciones que se toman para conservar bien limpia la<br />
superficie exterior del condensador, en el caso de los condensadores de<br />
aire, existe siempre una cantidad de polvo atmosférico, y en el caso de<br />
los condensadores de agua sarro.<br />
La pared metálica que nos encontrábamos antes, se ha convertido en<br />
una pared compuesta por tres capas, donde el flujo calorífico es función<br />
del espesor y conductividad térmica de cada capa.<br />
Ahora el intercambio térmico se produce:<br />
• Por convección del fluido frigorígeno en la superficie de la película<br />
de aceite que recubre la pared interna del tubo.<br />
• Por conducción entre las distintas capas superpuestas: aceite-espesor<br />
del tubo-sarro (o polvo).<br />
373
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
• Por convección de la superficie externa del sarro (o de la capa de<br />
polvo) al medio de condensación.<br />
La conductividad térmica del sarro o polvo son menores que la de<br />
los metales, por tanto deberá mantenerse lo más limpia posible la<br />
superficie bañada por el medio de condensación, eliminando de la<br />
forma más eficaz posible toda señal de sarro o polvo.<br />
El coeficiente global de transmisión térmica en estas condiciones<br />
para cada zona diferenciada del condensador se calcula de la siguiente<br />
forma:<br />
Partiendo de las dos ecuaciones anteriores y sabiendo que:<br />
• : coeficiente de convección del refrigerante (en las condiciones<br />
de circulación de este fluido), expresado en W/m 2 ºC.<br />
• : coeficiente de convección del medio condensante (en las<br />
condiciones de circulación de este fluido), expresado en W/m2 ºC.<br />
• : espesor de la película de aceite, expresado en metros.<br />
• : espesor del tubo que constituye el condensador, expresado<br />
en metros.<br />
• : espesor del sarro (o polvo), expresado en metros.<br />
• : coeficientes de conductividad térmica de los elementos<br />
correspondientes, expresado en W/m ºC.<br />
Conociendo todos estos elementos podemos calcular los valores respectivos<br />
de los coeficientes globales de transmisión térmica por zona de trabajo<br />
K1, K2, K3.<br />
Coeficiente global práctico<br />
Teniendo los coeficientes globales de transmisión térmica un valor<br />
diferente por cada zona, hace falta determinar la superficie de cada zona<br />
para formar un conjunto coherente.<br />
En realidad, esta determinación se simplifica por parte de los constructores<br />
de aparatos con la adopción de un coeficiente de orden práctico como<br />
promedio de transmisión de calor, teniendo en cuenta que las cantidades<br />
de calor evacuadas en las zonas de enfriamiento y de subenfriamiento<br />
son reducidas, en relación con las zonas de condensación.<br />
Estos coeficientes son consecuencia de los datos experimentales obtenidos<br />
en la explotación de las máquinas frigoríficas.<br />
374
Grupo<br />
De calor<br />
sensible<br />
De calor<br />
latente<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
El coeficiente global práctico de transmisión térmica K de un condensador<br />
nos indica la cantidad de calor expresada en Watios que el condensador<br />
puede evacuar por metro cuadrado de superficie y por grado de diferencia<br />
entre la temperatura del refrigerante y la temperatura del medio de<br />
condensación.<br />
La forma del condensador, la naturaleza del metal empleado y el sistema<br />
de fabricación, determina este coeficiente de transmisión que debe ser<br />
deducido en cada tipo de forma experimental.<br />
En la siguiente tabla se indican los coeficientes globales de transmisión<br />
térmica K de cada tipo de condensador:<br />
Medio de condensación Tipo K (W/m 2 ºC)<br />
Aire<br />
Agua<br />
Atmosféricos<br />
Circulación natural 9 a 12<br />
Circulación forzada 24 a 30<br />
Inmersio 240 a 300<br />
Doble tubo<br />
contracorriente<br />
700 a 950<br />
3.6. Flujo e incremento de la temperatura del medio<br />
condensante<br />
Tanto en el caso de condensadores enfriados por aire o por agua, la<br />
cantidad de calor eliminado por el refrigerante al condensar, incrementa<br />
la temperatura del medio de condensación. El incremento de temperatura<br />
experimentado por el medio que refrigera el condensador es directamente<br />
proporcional a la carga del condensador e inversamente proporcional<br />
al caudal y calor específico del mismo:<br />
375<br />
Multitubulares<br />
horizontales<br />
700 a<br />
1100<br />
Multitubulares<br />
800 a<br />
verticales<br />
1400<br />
De lluvia simple 240 a 300<br />
De lluvia a<br />
800 a<br />
contracorriente<br />
1100<br />
Evaporación forzada Evaporativos 240 a 350
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
donde:<br />
• = Temperatura del aire o agua a la salida del condensador, expresado<br />
en ºC.<br />
• = Temperatura del aire o agua a la entrada del condensador,<br />
expresado en °C.<br />
• = Capacidad del condensador, expresado en Kcal/h.<br />
• = Masa de aire o agua que circula a través del condensador,<br />
expresado en Kg/h.<br />
• = Calor específico a presión constante del aire o agua, expresado<br />
en Kcal/Kg°C.<br />
Asumiendo que tiene un valor constante para una carga del condensador<br />
dada la ecuación anterior contiene sólo dos variables: y siendo<br />
el valor de cada una de ellas inversamente proporcional al valor de la<br />
otra.<br />
A mayor masa de aire o agua a través del condensador, menor salto<br />
térmico se necesita en el medio condensante para obtener la misma<br />
capacidad del condensador y viceversa.<br />
Retomando la ecuación que define la capacidad frigorífica del<br />
condensador:<br />
y aplicándola a la ecuación anterior, tenemos:<br />
siendo:<br />
donde:<br />
=temperatura de condensación del fluido refrigerante en ºC.<br />
Para un condensador determinado (con un área y coeficiente de<br />
transmisión definido) y una carga de condensación dada ( ), la<br />
temperatura de condensación del refrigerante en el equipo dependerá<br />
sólo del incremento de temperatura del medio condensante . Cuanto<br />
más bajo sea el incremento de temperatura del medio condensante, más<br />
bajo es con lo cual más baja es la temperatura de condensación .<br />
376
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Dado que el incremento de temperatura del medio condensante disminuye<br />
cuando el caudal del medio que fluye aumenta, cuanto mayor es la<br />
cantidad de medio condensante circulando, más bajo es el incremento<br />
de temperatura de dicho medio. Por lo tanto, para una determinada<br />
carga del condensador, a mayor flujo del medio condensante, menor<br />
temperatura de condensación.<br />
En la práctica, se admite que la temperatura de condensación se sitúa<br />
alrededor de 5°C por encima de la temperatura de salida del agua del<br />
condensador, pudiendo variar el calentamiento del agua circulada<br />
entre 5º C y 12°C.<br />
En el caso de los condensadores de aire se admite generalmente que la<br />
temperatura de condensación sea superior en 7ºC-8°C a la temperatura<br />
de salida del aire, calentándose éste de 6º C a 8°C. Este aumento de<br />
temperatura conduce a que la temperatura de condensación sea 15°C<br />
superior a la temperatura del ambiente, que es la de entrada del aire en<br />
el condensador.<br />
377
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
378
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
4. DISPOSITIVOS DE SEGURIDAD Y REGULACIÓN<br />
4.1. Tipos de dispositivos de seguridad y regulación<br />
Control de flujo de refrigerante<br />
Debido a la necesidad para controlar el refrigerante y a su adaptabilidad<br />
a las muchas y variadas aplicaciones del ciclo de refrigeración, la válvula<br />
de expansión termostática ha jugado un papel importante en el continuo<br />
progreso de la industria de refrigeración y su tecnología. Como muchos<br />
otros componentes del sistema, el desarrollo de la válvula de expansión<br />
termostática, ha sido un resultado de la evolución técnica tal y como<br />
explicaremos en los sucesivos apartados.<br />
Válvula de expansión manual:<br />
En el comienzo de la refrigeración mecánica, el control del refrigerante<br />
se hacía con una válvula de aguja operada manualmente (en la actualidad<br />
aún se emplea en sistemas de refrigeración con amoníaco). Este dispositivo<br />
proporciona alguna medida de control en aplicaciones donde la carga<br />
es constante, pero no responde a otras condiciones que afectan la cantidad<br />
de refrigerante que pasa a través de ella, tales como cambios de presión<br />
en el líquido causados por variaciones en la presión de descarga del<br />
compresor. De acuerdo con esto, el uso de la válvula de expansión manual,<br />
requiere supervisión constante. El consiguiente desarrollo de un medio<br />
para superar esta dificultad, produjo lo que se conoció como la válvula<br />
de expansión automática.<br />
Válvula de expansión automática:<br />
La válvula de expansión automática fue un decidido progreso sobre la<br />
válvula de expansión manual. Mantiene la temperatura más constante<br />
y controla mejor la escarcha en la línea del evaporador. También, cierra<br />
la línea de líquido cuando para el compresor, y evita el flujo excesivo al<br />
arrancar el mismo.<br />
Habitualmente, se instala un filtro a la entrada del líquido a la válvula<br />
para de prevenir la entrada de contaminantes que puedan causar la<br />
obstrucción de la misma.<br />
Una válvula de expansión automática mantiene la presión constante en<br />
el evaporador, inundando menos la superficie del mismo en respuesta<br />
a los cambios de carga del sistema. La presión constante característica<br />
379
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
de la válvula de expansión automática resulta de la interacción de dos<br />
fuerzas opuestas:<br />
• Presión del evaporador.<br />
• Presión del muelle.<br />
En la figura siguiente se aprecian las partes constituyentes de la válvula<br />
de expansión automática.<br />
Válvula de expansión automática<br />
La presión del evaporador ejercida en un lado del diafragma actúa para<br />
mover la válvula en la dirección de cierre, mientras que la presión del<br />
muelle en el lado opuesto del diafragma actúa moviendo la válvula en<br />
la dirección de apertura. Cuando el compresor está funcionando la<br />
válvula funciona manteniendo en equilibrio la presión del evaporador<br />
con la presión del muelle. Como su propio nombre indica, la operación<br />
de la válvula es automática y una vez que la tensión del muelle se ajusta<br />
para una determinada presión del evaporador, la válvula operará<br />
automáticamente para regular el flujo de líquido refrigerante en el<br />
evaporador de tal forma que la presión de evaporación deseada sea<br />
mantenida independientemente de la carga del evaporador. Cuanta más<br />
superficie del evaporador se convierta en efectiva, el grado de vaporización<br />
aumenta y la presión del evaporador aumenta hasta equilibrar la presión<br />
del muelle y viceversa. Es importante señalar que las características de<br />
funcionamiento de la válvula de expansión automática son tales que la<br />
válvula cierra cuando el compresor está parado y permanece cerrada<br />
hasta que el compresor entra en funcionamiento.<br />
La vaporización en el evaporador continúa un corto período después de<br />
la parada del compresor y dado que el vapor resultante no es eliminado<br />
por el compresor, la presión en el evaporador aumenta. Debido a que<br />
durante la parada del ciclo, la presión del evaporador excederá a la<br />
presión del muelle, la válvula permanecerá cerrada. Cuando el compresor<br />
arranca la presión del evaporador se reduce por debajo de la presión del<br />
muelle, la válvula abre y admite suficiente líquido en el evaporador para<br />
establecer el equilibrio en operación entre la presión del muelle y la del<br />
380
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
evaporador. El principal inconveniente de la válvula de expansión<br />
automática es su baja eficiencia comparada con otros controles de flujo<br />
refrigerante. Analizando la relación evaporador-compresor, es evidente<br />
que para mantener una presión constante en el evaporador se requiere<br />
que el grado de vaporización en dicho equipo se mantenga constante.<br />
En el caso de que la carga del evaporador sea alta y la transferencia de<br />
calor por unidad de superficie de evaporador sea elevada se necesita una<br />
estrangulación severa del líquido para limitar la cantidad efectiva de<br />
superficie de evaporación. Cuando la carga del evaporador disminuye<br />
y la transferencia de calor por unidad de superficie del evaporador se<br />
reduce, más y más superficie del evaporador debe ser inundada con<br />
líquido con objeto de mantener un grado de vaporización constante.<br />
Tiende a sobrealimentar refrigerante al evaporador cuando la carga<br />
térmica es baja, o a no alimentar suficiente cuando la carga térmica es<br />
alta. Por lo tanto, la disminución de la temperatura es lenta; ya que no<br />
se aprovecha el área completa del evaporador ni su capacidad, al arrancar<br />
el ciclo de refrigeración. A fines de la década de los 20 se desarrolló un<br />
dispositivo que superaba las limitaciones que tenían los otros dos tipos<br />
de válvulas de expansión, la manual y la automática. A este dispositivo<br />
se le llamó válvula de expansión termostática.<br />
Válvula de expansión termostática:<br />
Originalmente, el propósito era que controlara el flujo de refrigerante<br />
líquido hacia el evaporador, de tal manera que lo mantuviera todo el<br />
tiempo activo; es decir, que el evaporador estuviera todo el tiempo lleno<br />
de refrigerante líquido para aprovechar al máximo la extracción de calor<br />
latente, aún con las variaciones de la carga térmica, y también, que<br />
cuando el compresor parara, se cerrara la válvula. Obviamente, si el<br />
evaporador está todo el tiempo lleno de líquido, no se tendría vapor<br />
sobrecalentado y ese líquido estaría regresando al compresor. En la<br />
actualidad sabemos que esto no es conveniente, y que a la salida del<br />
evaporador, el refrigerante debe de estar en forma de vapor y a una<br />
temperatura mayor que la de saturación. Ésta es una de las funciones de<br />
la válvula de expansión termostática: mantener un sobrecalentamiento<br />
constante a la salida del evaporador.<br />
La válvula de expansión termostática o válvula de termo-expansión, es<br />
un dispositivo de medición diseñado para regular el flujo de refrigerante<br />
líquido hacia el evaporador, en la misma proporción en que el refrigerante<br />
líquido dentro del evaporador se va evaporando. Esto lo logra manteniendo<br />
un sobrecalentamiento predeterminado a la salida del evaporador (línea<br />
de succión), lo que asegura que todo el refrigerante líquido se evapore<br />
dentro del evaporador, y que solamente regrese al compresor refrigerante<br />
381
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
en estado gaseoso. La cantidad de gas refrigerante que sale del evaporador<br />
puede regularse, puesto que la válvula de expansión termostática responde<br />
a:<br />
• La temperatura del gas que sale del evaporador.<br />
• La presión del evaporador.<br />
Las principales funciones de una válvula de termo expansión son: reducir<br />
la presión y la temperatura del líquido refrigerante, alimentar líquido<br />
a baja presión hacia el evaporador, según la demanda de la carga, y<br />
mantener un sobrecalentamiento constante a la salida del evaporador.<br />
En la figura siguiente se aprecian las partes constituyentes de la válvula<br />
de termo expansión.<br />
Válvula de termo expansión<br />
En la figura, se puede ver que el bulbo remoto está conectado a la parte<br />
superior de la válvula termo expansión mediante un tubo capilar. El<br />
bulbo se ubica en la línea de succión, justo a la salida del evaporador. El<br />
bulbo y el capilar contienen un fluido (carga) que puede ser líquido o<br />
gaseoso, el cual «siente» la temperatura del gas de succión que pasa por<br />
este punto. En esta posición, el bulbo y el fluido dentro de éste tienen<br />
aproximadamente la misma temperatura del gas de succión. Los cambios<br />
de temperatura causan que aumente o disminuya la presión del fluido<br />
dentro del bulbo.<br />
Válvula de expansión termostática con igualador interno:<br />
En sistemas pequeños donde no se considera caída de presión a través<br />
del evaporador, la presión del evaporador que se usa para que actúe<br />
debajo del diafragma es la de la entrada. Para esto, las válvulas empleadas<br />
tienen maquinado un conducto interno que comunica el lado de baja<br />
presión de la válvula con la parte inferior del diafragma. A este conducto<br />
se le conoce como «igualador interno».<br />
382
Válvula de expansión termostática con igualador externo:<br />
Cuando existe caída de presión a través del evaporador, la presión que<br />
debe actuar bajo el diafragma es la de la salida del evaporador; por lo<br />
que una válvula con igualador interno no operaría satisfactoriamente,<br />
como se explicará más adelante. Las válvulas que se utilizan en estos<br />
casos son válvulas con «igualador externo». En este tipo de válvulas el<br />
igualador no comunica al diafragma con la entrada del evaporador, sino<br />
que este conducto se saca del cuerpo de la válvula mediante una conexión.<br />
Además, es necesario colocar empaques alrededor de las varillas de<br />
empuje, para aislar completamente la parte inferior del diafragma de la<br />
presión a la entrada del evaporador. Una vez instalada la válvula, esta<br />
conexión se comunica a la línea de succión mediante un tubo capilar,<br />
para que la presión que actúe debajo del diafragma, sea la de la salida<br />
del evaporador.<br />
Válvula de expansión electrónica:<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Para tener una simple y rápida visión de las posibilidades actuales se hará<br />
referencia a dos parámetros de regulación y a un campo concreto de<br />
aplicación:<br />
- Inyección de líquido electrónicamente.<br />
- Regulación de la presión de evaporación.<br />
La inyección de líquido en evaporadores secos se ha realizado y se sigue<br />
realizando en este campo, mediante las válvulas termostáticas de expansión<br />
con un buen resultado. Sin embargo, dentro de sus limitaciones de<br />
utilización se pueden destacar:<br />
- Dependencia del tipo de refrigerante utilizado.<br />
- Dificultad de ajuste y diagnóstico.<br />
- Sensibilidad a los cambios de las condiciones de funcionamiento.<br />
A la válvula de expansión controlada electrónicamente se le ha de exigir<br />
por tanto, un cierto número de ventajas:<br />
- Funcionamiento independiente del refrigerante.<br />
- No ha de necesitar ajustes, debiendo presentar dispositivos de<br />
autodiagnosis.<br />
- Debe de facilitar un control óptimo de la inyección de refrigerante<br />
en condiciones de funcionamiento variables.<br />
El sistema de la válvula de expansión electrónica consiste en tres<br />
componentes:<br />
- Regulador electrónico.<br />
383
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
- Válvula con accionador.<br />
- Sensores.<br />
El regulador debe estar conectado a la tensión de la red de alimentación.<br />
La utilización de la tensión de la red de suministro de electricidad facilita<br />
la instalación y simplifica la utilización. Todas las entradas y salidas están<br />
igualmente a nivel de la tensión de la red.<br />
La válvula de expansión electrónica es una válvula de solenoide (más<br />
adelante se explicará en qué consiste una válvula de solenoide)<br />
proporcional con un orificio de expansión incorporado. La válvula<br />
funciona al mismo tiempo como válvula de expansión y como solenoide.<br />
La válvula efectúa la regulación de acuerdo con el principio de modulación<br />
por anchura de impulsos. El período de funcionamiento de la misma ha<br />
sido fijado en 6 segundos, es decir, dentro de cada período de 6 segundos<br />
la válvula abre y cierra una vez. Si se necesita una mayor cantidad de frío,<br />
la válvula permanece abierta durante la casi totalidad de este período de<br />
tiempo. Cuando no se necesita suministro de líquido, la válvula cierra<br />
herméticamente.<br />
Tubo capilar:<br />
Se trata del dispositivo más sencillo de regulación y control de flujo fluido<br />
frigorígeno; está formado por un tubo de cobre cuya longitud y diámetro<br />
dependen de la pérdida de carga que se necesite obtener, naturaleza y<br />
estado del flujo. La posición en la que se instala, entre el condensador<br />
(alta presión) y el evaporador (baja presión).<br />
Durante el flujo de refrigerante a través del tubo capilar se forma gas.<br />
Al reducirse la presión del líquido que pasa por el tubo, se reduce<br />
proporcionalmente la temperatura del refrigerante. La expansión del<br />
fluido se obtiene por la caída de presión a su paso por el interior del<br />
tubo; para evitar la evaporación parcial en el interior se suelda parte del<br />
tubo capilar al tubo de aspiración.<br />
El caudal del tubo capilar y las condiciones en que alimenta el evaporador<br />
no depende de la carga frigorífica por lo que se debe emplear únicamente<br />
Tubo capilar<br />
384
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
en aquellos casos en los que la carga se relativamente constante como<br />
en los compresores de tipo hermético o en pequeñas instalaciones.<br />
Tubo capilar de inyección<br />
Cuando la carga de refrigeración sube y la presión de descarga aumenta,<br />
la temperatura de gas de descarga aumenta y el motor del compresor se<br />
sobrecalienta. El diseño del tubo capilar de inyección coincide con la<br />
del tubo capilar. Se conecta al compresor o al tubo de aspiración. Un<br />
volumen constante de refrigerante líquido pasa por el tubo capilar de<br />
inyección, donde el refrigerante se transforma en un refrigerante líquido<br />
de temperatura baja que enfría el motor del compresor.<br />
Válvula de paso manual: membrana, bola y globo<br />
En los sistemas de refrigeración, además de las válvulas de control<br />
automáticas operadas por presión, por temperatura o eléctricamente,<br />
también se utilizan válvulas manuales. Estas válvulas son de tipo totalmente<br />
cerradas o totalmente abiertas. Los materiales que se utilizan para la<br />
fabricación de válvulas manuales para refrigeración son: acero, bronce,<br />
latón y cobre.<br />
Las conexiones pueden ser: roscadas, soldables y bridadas. Por su forma,<br />
las válvulas manuales pueden ser de globo, de esfera, de diafragma, de<br />
ángulo, de retención, de acceso, etc. En un sistema de refrigeración, se<br />
puede instalar cualquier cantidad de válvulas manuales, tantas como lo<br />
permita el tamaño del sistema o la caída de presión. Algunas de las<br />
Válvula de paso manual<br />
385
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
características que se requieren en las válvulas manuales son: confiabilidad,<br />
baja caída de presión, diseño a prueba de fugas, materiales compatibles<br />
con el refrigerante y el aceite. En los sistemas de refrigeración las válvulas<br />
manuales se instalan en puntos claves, y sirven no sólo para regular el<br />
flujo de líquido, sino también para aislar algún componente o parte del<br />
sistema para darle mantenimiento, sin tener que interrumpir otros<br />
componentes o accesorios. El diseño de la válvula deberá ser tal que sus<br />
superficies sellantes no se distorsionen o se desalineen con los cambios<br />
de temperatura, la presión y el esfuerzo de la tubería a la que está<br />
conectada. Las superficies sellantes (asientos) deberán ser de diseño y<br />
materiales tales que la válvula permanezca cerrada herméticamente<br />
durante un período de servicio razonable.<br />
A continuación se describen algunos de las principales aplicaciones de<br />
las válvulas de paso:<br />
• Válvulas de Paso<br />
Su función principal es controlar el flujo de líquido y la presión. Las<br />
válvulas de paso instaladas en un sistema, deben estar totalmente<br />
abiertas o totalmente cerradas. Se utilizan para aislar componentes<br />
en el sistema. Las válvulas de paso que más comúnmente se utilizan<br />
en refrigeración, son las de tipo globo.<br />
• Válvulas de Servicio<br />
En los sistemas de refrigeración, los técnicos de servicio deben estar<br />
familiarizados con las válvulas manuales de servicio. Estas válvulas le<br />
permiten sellar partes del sistema mientras conectan manómetros,<br />
se carga o descarga refrigerante o aceite, se realiza el vacío, etc.:<br />
- Válvulas de Servicio Para Compresor . Los compresores abiertos<br />
y semiherméticos generalmente vienen equipados con válvulas<br />
de servicio. Estas válvulas van atornilladas al cuerpo del compresor,<br />
una en la succión y otra en la descarga.<br />
- Válvula de Servicio para depósito de líquido. Los depósitos de<br />
refrigerante líquido llevan dos de estas válvulas. Una va ubicada<br />
sobre el tanque, después del condensador (válvula de entrada),<br />
y la otra se ubica sobre el recibidor, antes de la línea de líquido<br />
(válvula de salida). Estas dos válvulas permiten al técnico<br />
desconectar el depósito recibidor del sistema, cargar refrigerante<br />
en forma líquida, colectar todo el refrigerante del sistema en el<br />
recibidor, etc. Algunos recibidores están equipados con una sola<br />
válvula de servicio, la de salida, con la entrada en forma de una<br />
conexión ordinaria de codo.<br />
386
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Válvula de retención<br />
Este tipo de válvulas se utilizan en los sistemas de refrigeración, para<br />
evitar que refrigerante (en forma líquida o gaseosa) y el aceite fluyan en<br />
sentido contrario. Estas válvulas sólo permiten el flujo de refrigerante y<br />
aceite en un sólo sentido. Algunos tipos de válvulas de retención se<br />
utilizan en líneas de succión, para evitar que regrese refrigerante o aceite<br />
al evaporador u otros dispositivos, donde pudiera condensar o alojar<br />
durante los ciclos de paro. Con frecuencia se utilizan en instalaciones<br />
de evaporadores múltiples, conectados a una sola unidad de condensación<br />
y los evaporadores a diferentes temperaturas.<br />
Algunos sistemas de bombas de calor utilizan dos válvulas de retención,<br />
en combinación con dos válvulas de termo-expansión, para que opere<br />
una u otra cuando se invierta el ciclo de refrigeración a calefacción o<br />
viceversa.<br />
Las válvulas de retención también se utilizan en algunos sistemas de<br />
deshielo por gas caliente. Una de las aplicaciones más comunes, tanto<br />
en refrigeración comercial como industrial, es en la línea de descarga<br />
(gas caliente), entre el separador de aceite y el condensador, con el<br />
objeto de evitar que en los ciclos de paro o en los cambios repentinos<br />
de presión, regrese refrigerante al separador de aceite y se condense,<br />
sobre todo en lugares de baja temperatura ambiente.<br />
Válvula de retención<br />
Válvula solenoide<br />
En la mayoría de las aplicaciones de refrigeración es necesario abrir o<br />
detener el flujo, en un circuito de refrigerante, para poder controlar<br />
automáticamente el flujo de fluidos en el sistema. Para este propósito,<br />
generalmente se utiliza una válvula de solenoide operada eléctricamente.<br />
Su función básica es la misma que una válvula de paso operada<br />
manualmente, pero siendo accionada eléctricamente se puede instalar<br />
en lugares remotos y puede ser controlada convenientemente por<br />
387
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
interruptores eléctricos simples. Las válvulas de solenoide pueden ser<br />
operadas por interruptores termostáticos, de flotador, de baja presión,<br />
de alta presión, por reloj, o cualquier otro dispositivo que abra o cierre<br />
un circuito eléctrico, siendo el interruptor termostático el dispositivo<br />
más común utilizado en sistemas de refrigeración.<br />
Una válvula de solenoide consiste de dos partes accionantes distintas,<br />
pero integrales: un solenoide (bobina eléctrica) y el cuerpo de la válvula.<br />
Un electroimán es un imán en el cual las líneas de fuerza son producidas<br />
por una corriente eléctrica. Este tipo de imanes es importante para el<br />
diseño de controles automáticos, porque el campo magnético puede ser<br />
creado o eliminado al activar o desactivar una corriente eléctrica. La<br />
bobina proporciona un canal, en el cual se crea una fuerte fuerza<br />
magnética al energizar la bobina. El solenoide es una forma simple de<br />
electroimán que consiste de una bobina de alambre de cobre aislado, o<br />
de otro conductor apropiado, el cual está enrollado en espiral alrededor<br />
de la superficie de un cuerpo cilíndrico, generalmente de sección<br />
transversal circular (carrete). Cuando se envía corriente eléctrica a través<br />
de estos devanados, actúan como electroimán. El campo magnético que<br />
se crea es la fuerza motriz para abrir la válvula. Este campo atrae materiales<br />
magnéticos, tales como el hierro y muchas de sus aleaciones. Dentro del<br />
núcleo va un émbolo móvil de acero magnético, el cual es jalado hacia<br />
el centro al ser energizada la bobina.<br />
Válvula de solenoide<br />
Algunas de las principales aplicaciones en refrigeración se describen a<br />
continuación:<br />
Prevención de Inundación del Compresor<br />
Probablemente la aplicación más común en refrigeración de una válvula<br />
de solenoide es su uso como válvula de paso automática en la línea de<br />
líquido que alimenta un evaporador. Aunque las válvulas de termo<br />
–expansión son producidas como dispositivos de cierre hermético, no<br />
388
se puede confiar en un cierre positivo, si la superficie de sus asientos<br />
están expuestas a polvo, humedad, corrosión o erosión. Además, si el<br />
bulbo remoto de una válvula de expansión está instalado en un sitio,<br />
donde durante los ciclos de paro puede ser afectado por una temperatura<br />
ambiente más alta que la del evaporador. El ciclo de enfriamiento bobina<br />
energizada válvula puede abrir durante una parte del ciclo de paro y<br />
admitir el paso de líquido al evaporador. Una válvula de solenoide en la<br />
línea de líquido, conectada para cerrar cada que el compresor pare,<br />
evitará dicha fuga. En sistemas de evaporadores múltiples se puede utilizar<br />
una sola válvula de solenoide en la línea de líquido principal, para evitar<br />
la inundación de refrigerante líquido. En esta aplicación, la válvula de<br />
solenoide se conecta de la misma manera, para que cierre cuando pare<br />
el compresor.<br />
Control de Vacío<br />
Una importante variación de la aplicación de la válvula de solenoide<br />
para la línea de líquido es el ciclo de control de vacío, adaptable<br />
especialmente para instalaciones de aire acondicionado. El objetivo<br />
principal de este sistema de control es evitar que durante los ciclos de<br />
paro el refrigerante en el evaporador emigre hacia el compresor y diluya<br />
el aceite en el cárter. El arreglo se hace de tal forma que la válvula de<br />
solenoide esté controlada por un termostato. Cuando el sistema alcanza<br />
la temperatura deseada, el termostato manda una señal y la válvula de<br />
solenoide cierra, pero el compresor continúa trabajando y de esta manera<br />
remueve casi la totalidad del refrigerante en el evaporador .Al disminuir<br />
la presión un interruptor de baja presión detiene el compresor, pero<br />
este mismo interruptor no lo puede arrancar otra vez. Cuando el<br />
termostato reclama más enfriamiento envía una señal a la válvula de<br />
solenoide para que abra, se eleva la presión de succión y el interruptor<br />
de baja presión arrancará de nuevo al compresor. Se puede utilizar un<br />
relevador para el arrancador del motor. Esto evitará que se acumule un<br />
exceso de líquido en el evaporador, entre el tiempo en que la válvula de<br />
solenoide abra y el compresor arranque.<br />
Descarga de Gas Caliente<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Instalada una válvula de solenoide especial para gas caliente, en un desvío<br />
alrededor de uno o más cilindros del compresor, proporcionará un<br />
control de capacidad para el compresor. La válvula puede ser operada<br />
ya sea por un termostato o un interruptor de presión. Otra aplicación<br />
para las válvulas de solenoide en control de capacidad es el uso de una<br />
válvula de tres vías en ciertos compresores. En este caso, la válvula de tres<br />
vías es un operador piloto del mecanismo de descarga, integrado en el<br />
compresor.<br />
389
Control de Nivel de Líquido<br />
En una instalación con uno o más evaporadores del tipo inundado como<br />
un sistema múltiple "seco", se puede colocar una válvula de solenoide<br />
para líquido, seguida de una válvula de expansión manual. La línea de<br />
líquido conduce a un recipiente o tambor, en el cual el nivel de refrigerante<br />
líquido está controlado por un interruptor de flotador. La válvula de<br />
solenoide para líquido es accionada por el interruptor del flotador.<br />
Cuando el nivel del líquido baja a un nivel predeterminado, el interruptor<br />
abre la válvula. Al alcanzarse el nivel deseado, el interruptor cierra la<br />
válvula. También se puede obtener la acción inversa.<br />
Válvulas de Solenoide para Succión<br />
Estas válvulas se usan con frecuencia cuando se requiere un aislamiento<br />
completo para el deshielo. También se utilizan para desviar la succión<br />
en instalaciones con dos o más unidades en serie, alimentadas por una<br />
válvula de termo expansión. Si la diferencia de temperaturas entre dos<br />
o más unidades refrigeradas es mayor de 7°C, se utiliza con frecuencia<br />
una válvula de solenoide para succión en la salida de la unidad menos<br />
fría, para evitar la condensación de refrigerante en la unidad más fría,<br />
durante el ciclo de paro.<br />
Válvulas de Solenoide Descargadoras<br />
Existen muchas instalaciones en donde es necesario arrancar el compresor<br />
descargado, a presiones de succión de arranque descomunalmente altas,<br />
a causa del motor que se utiliza, con el consabido alto consumo de<br />
energía. Las válvulas de solenoide para descargar compresores se usan<br />
fácilmente en estas aplicaciones, instalándolas en una línea de desvío<br />
entre la descarga y la succión del compresor. La válvula se abre<br />
automáticamente cuando arranca el compresor, esto corta la carga en<br />
el arranque. Cuando el compresor alcanza su velocidad completa la<br />
válvula de solenoide que descarga al compresor cierra y el compresor<br />
queda funcionando normalmente.<br />
Válvulas electromagnéticas de dos y tres vías<br />
Válvulas de Dos Vías<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Los tres tipos principales de válvulas son: de dos vías, de tres vías y de<br />
cuatro vías. La válvula de dos vías es el tipo de válvula de solenoide más<br />
común; tiene una conexión de entrada y una de salida, y controla el flujo<br />
del fluido en una sola línea. Puede ser de acción directa u operada por<br />
piloto, dependiendo de la capacidad del sistema. Cada una de éstas<br />
puede ser “normalmente cerrada” o “normalmente abierta”. Cuando la<br />
390
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
bobina está desenergizada, el peso del émbolo y la acción del resorte<br />
mantienen cerrada la válvula. Cuando se energiza la bobina, se forma el<br />
campo magnético, el cual atrae al émbolo hacia el centro y la aguja se<br />
levanta del asiento, abriendo el orificio del puerto y permitiendo el flujo<br />
a través de la válvula. Cuando nuevamente se desenergiza la bobina, la<br />
fuerza que retiene al émbolo es liberada, haciéndolo que caiga por su<br />
propio peso y por la acción del resorte, cubriendo el orificio del puerto<br />
y deteniendo el flujo a través de la válvula.<br />
Válvulas de Tres Vías<br />
Las válvulas de tres vías, tienen una conexión de entrada que es común<br />
a dos diferentes conexiones de salida. Las válvulas de tres vías son,<br />
básicamente, una combinación de la válvula de dos vías, normalmente<br />
cerrada, y de la válvula de dos vías normalmente abierta, en un solo<br />
cuerpo y con una sola bobina. La mayoría son del tipo “operadas por<br />
piloto”.<br />
Las principales aplicaciones de las válvulas de tres vías son las siguientes:<br />
• Recuperación de Calor.<br />
Las válvulas de solenoide utilizadas para recuperación de calor, están<br />
diseñadas, específicamente, para desviar el gas de descarga a un<br />
condensador auxiliar. Se instalan conectando la entrada común a la<br />
descarga del compresor. Las dos salidas van conectadas una al<br />
condensador normal, y la otra, al condensador auxiliar. Como es una<br />
válvula operada por piloto, depende de la presión del gas refrigerante<br />
para deslizar el ensamble del pistón, y su operación está gobernada<br />
por la posición del émbolo.<br />
Válvula de tres vías<br />
• Reducción de Capacidad del Compresor.<br />
Comúnmente, la reducción de capacidad de un compresor, se lleva<br />
a cabo descargando el gas de los cilindros, durante los períodos de<br />
391
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
baja demanda, y desviándolo hacia la succión. Cuando están<br />
desenergizadas, el gas de descarga del compresor sigue su ciclo normal<br />
hacia el condensador. Cuando se energiza la bobina, el gas de la<br />
descarga es entonces desviado al lado de baja del sistema, reduciendo<br />
la capacidad. También, el gas de la descarga puede utilizarse para el<br />
deshielo del evaporador.<br />
• Deshielo con Gas Caliente.<br />
En esta aplicación, la válvula se usa para admitir gas caliente hacia<br />
las líneas de succión. Cuando está desenergizada la bobina, el émbolo<br />
está cerrando el orificio piloto y está cerrada la línea piloto, permitiendo<br />
que se iguale la presión a través del pistón. La presión de descarga<br />
mantiene cerrado el puerto superior, y el flujo es del evaporador a<br />
la succión del compresor. Esta es la posición en que el sistema opera<br />
normalmente. Cuando está energizada la bobina, se abre el puerto<br />
mover el pistón, cerrando el flujo del evaporador a la succión y<br />
desviando la carga hacia el evaporador. Entonces, el gas de alta presión<br />
fluye de la línea de descarga hacia el evaporador, aumentando la<br />
temperatura y presión dentro del evaporador y deshelando el serpentín.<br />
Una válvula de solenoide de tres vías, se usa para mantener la válvula<br />
de termo expansión herméticamente cerrada durante los ciclos de<br />
paro. Cuando el compresor está trabajando, la válvula de solenoide<br />
está energizada, el émbolo es accionado hacia arriba, cerrando el<br />
puerto que conecta a la alta presión. La presión de la línea de succión<br />
es transmitida a la válvula de termoexpansión a través del tubo<br />
igualador. Cuando el compresor se detiene, la válvula de solenoide<br />
se desenergiza, el émbolo cae y cierra el puerto conectado a la línea<br />
de succión. El refrigerante de alta presión entra a la válvula de<br />
solenoide y pasa hacia la válvula de termoexpansión a través del tubo<br />
igualador, forzando el diafragma a subir, para así mantener cerrada<br />
la válvula de termoexpansión durante los ciclos de paro.<br />
Válvula inversora de cuatro vías<br />
Las válvulas de solenoide de cuatro vías como la que se muestra en la<br />
figura, se conocen comúnmente como válvulas reversibles. Su uso es casi<br />
exclusivamente en bombas de calor, para seleccionar ya sea el ciclo de<br />
enfriamiento o el de calefacción, dependiendo del requerimiento. Estas<br />
válvulas tienen tres salidas y una entrada común. Una bomba de calor<br />
es un equipo central acondicionador de aire, con ciclo reversible. En el<br />
verano, el refrigerante absorbe calor del interior de edificio y lo expulsa<br />
al exterior. En el invierno, el ciclo se invierte, el refrigerante absorbe<br />
calor del exterior y lo libera dentro del edificio. El condensador y el<br />
evaporador son obligados a intercambiar funciones, invirtiendo el flujo<br />
de refrigerante, y la válvula de cuatro vías es la que se encarga de esto.<br />
392
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Válvula de cuatro vías<br />
Válvula reguladora presión de arranque y aspiración<br />
La válvula de arranque se utiliza para proteger el motor del compresor<br />
contra las sobrecargas debidas a las temperaturas de evaporación elevadas,<br />
constatadas a la puesta en marcha de las instalaciones frigoríficas cuyas<br />
temperaturas de evaporación en régimen normal son muy bajas. Actúan<br />
directamente sobre la presión de aspiración del compresor,<br />
independientemente de la presión de evaporación del fluido frigorígeno,<br />
limitando la presión de aspiración del compresor, a la puesta en marcha,<br />
a un valor máximo determinado previamente por la regulación de la<br />
válvula.<br />
Válvula reguladora de presión de arranque<br />
Las válvulas reguladoras de arranque se montan en la tubería de aspiración<br />
lo más cerca posible del compresor, y efectúan una acción de<br />
estrangulamiento automático en relación a la temperatura de evaporación,<br />
a la que se va ajustando hasta abrir por completo tan pronto se llega al<br />
límite de presión deseada para su trabajo normal. Para su regulación<br />
debe verificarse simultáneamente la carga del motor por medio de un<br />
amperímetro, a fin de observar el punto en que no excede su consumo<br />
normal, así como también la presión del condensador a través del<br />
manómetro de alta presión.<br />
393
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Válvula reguladora presión de condensación<br />
Para instalaciones con condensación por aire, se emplea la válvula<br />
reguladora de presión de condensación para mantener una presión<br />
constante de condensación y de recipiente. La regulación de la presión<br />
se obtiene por disminución de la superficie efectiva del condensador.<br />
Válvula reguladora presión de recipiente<br />
La válvula es un regulador de presión por modulación, se abre cuando<br />
la presión en el recipiente disminuye, derivando el gas caliente para<br />
mantener la presión de recipiente. Junto con la válvula reguladora de<br />
presión de condensación se emplea con el fin de mantener una presión<br />
constante y elevada en el condensador y en el recipiente.<br />
Válvula reguladora derivación gas caliente o válvula<br />
reguladora de capacidad<br />
Estas válvulas se emplean para la reducción de la capacidad del compresor<br />
en instalaciones con uno o más evaporadores, cuando descienden las<br />
necesidades de frío, evitando, por medio del control de baja presión,<br />
que ésta no se reduzca excesivamente por causa de la carga reducida,<br />
con la consiguiente y peligrosa admisión de refrigerante líquido en el<br />
compresor que contribuye a la ebullición y fuga de aceite en el cárter<br />
del mismo. Su objeto no es, sin embargo, mantener constante la presión<br />
de aspiración, sino evitar oscilaciones muy fuertes, reduciendo la capacidad<br />
del compresor cuando éste no incorpora otro sistema regulador de la<br />
misma. Estas válvulas actúan abriendo el paso a medida que la presión<br />
cae por debajo del límite establecido. En el período de servicio normal,<br />
mientras la aspiración se halla por encima del valor ajustado, la válvula<br />
queda cerrada, abriendo a medida que desciende dicha presión. Se<br />
monta haciendo un «by pass» que comunica la descarga del compresor<br />
a la línea de aspiración. Al abrirse la válvula pasa gas evaporado caliente<br />
a la aspiración, de forma que el compresor pueda absorber dicho<br />
refrigerante sin aumentar la refrigeración.<br />
Válvulas reguladoras caudal de agua de condensación<br />
El consumo de agua de condensación representa un elemento importante<br />
en el coste de una instalación cuando el condensador se alimenta con<br />
«agua perdida», por lo que interesa limitar este consumo al mínimo<br />
compatible con el funcionamiento correcto de la instalación. Para obtener<br />
este resultado es del todo indispensable ajustar el caudal de agua a las<br />
variaciones de régimen experimentadas por la máquina. Para ello se<br />
394
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
recurre a las válvulas de agua presostáticas y termostáticas que regulan<br />
este caudal en función de la presión de condensación (válvulas de agua<br />
presostáticas) o de la temperatura de salida del agua (válvulas de agua<br />
termostáticas), y con estos aparatos, a la parada de la instalación se cierra<br />
progresivamente el paso del agua de enfriamiento. También se puede<br />
alimentar con agua el condensador por medio de una válvula de tipo<br />
magnético (solenoide); en este último caso, el caudal no se ajusta a las<br />
condiciones de marcha de la máquina, actuando únicamente en función<br />
del tipo de válvula empleada y de las condiciones en que se realiza la<br />
distribución de agua.<br />
Termostatos<br />
Son aparatos de regulación de la temperatura, de funcionamiento todo<br />
o nada; interruptores eléctricos accionados por temperatura. Constan<br />
de un detector (órgano sensible de un termómetro) y un emisor (contactor<br />
eléctrico).<br />
El órgano sensible del detector puede basarse en:<br />
• Las variaciones de tensión de vapor de un fluido encerrado en un<br />
bulbo (termostato de bulbo).<br />
• En la deformación relativa de dos metales diferentes (termostato<br />
bimetal).<br />
Los termostatos se usan para controlar el nivel de temperatura de un<br />
recinto o un producto refrigerado, operando sobre el ciclo de trabajo<br />
del compresor. En los sistemas automatizados disponen de control gracias<br />
a las siguientes aplicaciones del termostato:<br />
• Termostato interno del compresor.<br />
• Termostato de descarga (control sobrecalentamiento).<br />
• Termostato para protección del condensador contra alta presión de<br />
trabajo.<br />
• Termostato de control de protección antihielo.<br />
Termostato<br />
395
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Higrostatos<br />
Los higrostatos son interruptores eléctricos controlados por humedad<br />
y provistos de un conmutador universor unipolar, su finalidad consiste<br />
en regular entre dos límites previamente determinados en la regulación<br />
del aparato, la humedad relativa de un recinto gaseoso refrigerado.<br />
Las principales aplicaciones de los higrostatos son instalaciones en las<br />
que se desean mantener la humedad relativa dentro de límites precisos;<br />
se emplean para la puesta en marcha de dispositivos de deshidratación<br />
y deshumificación.<br />
4.2. Tipos de dispositivos de seguridad<br />
Conmutador de presión alta<br />
El presostato de presión controla a presión de impulsión o de descarga,<br />
interrumpiendo el circuito cuando el valor de dicha presión se eleva por<br />
encima de un valor determinado, volviendo a poner en marcha el<br />
compresor al restablecerse las condiciones de funcionamiento normales.<br />
Presostato de alta, conmutador de presión alta<br />
Conmutador de presión baja<br />
Mantiene la marcha automática de la instalación regulando la presión<br />
de evaporación del fluido frigorígeno. Como aparato de protección<br />
detiene el compresor en caso que la presión de aspiración baje<br />
Presostato de baja, conmutador de presión baja<br />
396
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
anormalmente, volviendo a poner en marcha el compresor una vez se<br />
restauren las condiciones normales.<br />
Conmutador de presión de aceite (OPS)<br />
Instalado con un dispositivo temporizador en la tubería de aspiración,<br />
detiene el compresor si la lubrificación de éste no se realiza a la presión<br />
ajustada en a puesta en marcha de la instalación.<br />
Tapón fusible<br />
Consiste en un tapón de metal relleno de una aleación cuyo punto de<br />
fusión es bajo (70-75ºC). Se instala en el condensador o en el tubo de<br />
líquido entre el y el aparato de medición. Al producirse una sobrepresión,<br />
con el derivado aumento de temperatura, el fusible metálico se funde,<br />
expulsando el refrigerante.<br />
Válvula de seguridad, válvula de descarga.<br />
Se trata de una válvula instalada en la parte de alta presión del sistema.<br />
Cuando la presión adquiere un valor por encima del ajustado, esta<br />
sobrepresión empuja el asiento de la válvula, abriendo el circuito y<br />
expulsando el refrigerante.<br />
Existen válvulas de seguridad de tipo membrana con comunicación<br />
interior (by-pass), instalada entre la salida del compresor y la entrada<br />
del condensador, en caso de existir separador de aceite, se instala entre<br />
éste y el condensador, comunicando por su otro extremo con el lado de<br />
baja. Cuando se produce una sobrepresión se abre la membrana de<br />
comunicación equilibrándose el sistema y evitando la pérdida de<br />
refrigerante.<br />
Reguladores de presión<br />
En el período invernal, la presión en el recipiente acumulador debe<br />
mantenerse a un valor compatible con el buen funcionamiento de los<br />
aparatos de alimentación (válvulas de expansión), lo que se consigue<br />
merced a una toma de presión practicada en la descarga del compresor.<br />
Dicho dispositivo requiere la instalación de dos reguladores de presión<br />
montados, por una parte, sobre la tubería de unión entre el condensador<br />
y el recipiente de líquido condensado y, por otra, en la tubería de «bypass»<br />
de los gases descargados. El regulador de presión intercalado entre<br />
el condensador y el recipiente de líquido debe cerrar ante una baja de<br />
presión en el condensador, y el que se halla en la tubería del «by-pass»,<br />
397
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
debe abrir por descenso de presión en el recipiente de líquido. Se trata,<br />
en efecto, de un regulador de capacidad.<br />
4.3. Dispositivos eléctricos y electrónicos<br />
de seguridad y control<br />
Las principales protecciones eléctricas y electrónicas así como dispositivos<br />
de control son los siguientes:<br />
• Relé de sobreintensidad<br />
Tal y como se explicará en el apartado 5.6.15, instalado en el cuadro<br />
eléctrico, evita que los motores del ventilador y del compresor se<br />
quemen. Si la corriente es superior a la de ajuste, la pieza bimetálica<br />
del relé se deforma al calentarse abriéndose los contactos y provocando<br />
la parada del motor.<br />
• Magnetotérmicos de protección del compresor/ventiladores<br />
Los fusibles de protección contra sobreintensidades son sustituidos<br />
por interruptores magnetotérmicos en los circuitos de potencia. Los<br />
interruptores magnetotérmicos permiten el rearme automático y no<br />
es necesaria la sustitución de ninguno de sus componentes como en<br />
el caso de los fusibles.<br />
• Relé contra inversión de fase<br />
Dispositivo de protección que impide el funcionamiento inverso del<br />
compresor, de forma que éste no pueda accionarse en la dirección<br />
incorrecta debida a la conexión errónea de las fases de la fuente de<br />
alimentación principal.<br />
• Interruptor por diferencia de presión de agua:<br />
Dispositivo mediante el cual se registra la diferencia de presión entre<br />
las tuberías de entrada y salida de agua en los sistemas condensados<br />
por agua, con el fin de detectar obstrucciones en las tuberías de agua.<br />
• Interruptor de caudal de agua<br />
Dispositivo mediante el cual se detectan anomalías en las tuberías de<br />
398
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
agua, tratándose de un interruptor que evalúa el caudal de agua en<br />
circulación.<br />
• Contador horario<br />
Se emplean para registrar las horas totales de funcionamiento del<br />
compresor.<br />
• Alarmas de fallo en el funcionamiento<br />
Son dispositivos electrónicos que permiten verificar el funcionamiento<br />
normal o anormal del sistema. Normalmente en caso de mal<br />
funcionamiento, en el cuadro de protección y control se señaliza<br />
mediante señales ópticas y, en algún caso, sonoro, mediante un relé<br />
temporizador o un pulsador, pueden desconectarse estos avisadores.<br />
En las unidades que disponen de control microprocesado es posible<br />
obtener un histórico de las alarmas y comprobar las condiciones en<br />
las que funcionaba el sistema en el momento del fallo.<br />
• Contador horario de funcionamiento del compresor:<br />
El contador horario indica las horas totales de funcionamiento del<br />
compresor.<br />
• Sistema de control por microprocesador:<br />
Existen en la actualidad sistemas completamente automatizados<br />
mediante los cuales se puede obtener información acerca del sistema,<br />
registrar comandos y protocolos de funcionamiento, detectar fallos<br />
del sistema o funcionamientos anómalos. Mediante tarjetas de interfaz<br />
es posible recoger toda esta información y centralizarla en un único<br />
puesto remoto desde el cual pueda controlarse la instalación.<br />
En las tarjetas de circuitos impresos están montados microprocesadores,<br />
relés y componentes electrónicos. Gracias a la eliminación de piezas<br />
mecánicas y de cables, se asegura una mayor fiabilidad.<br />
399
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Las tarjetas contienen diversas funciones controladas por el<br />
microprocesador; tomaremos como ejemplo las funciones de la tarjeta<br />
de un sistema de control de una enfriadora, condensada por agua de<br />
cuatro compresores:<br />
• Circuito de protección cíclica del compresor de tornillo.<br />
• Temporizador electrónico del circuito de protección cíclica del<br />
compresor de tornillo, conectado al circuito de control del compresor,<br />
retarda el periodo de reinicio del compresor de tornillo, el<br />
temporizador actuaría de la siguiente forma: aproximadamente tres<br />
(3) minutos para el compresor nº 1, cuatro (4) minutos para el<br />
compresor nº 2, cinco (5) para el compresor nº 3 y seis (6) para el<br />
compresor nº 4.<br />
• Circuito del termostato electrónico. El termostato electrónico detecta<br />
la temperatura de salida del agua enfriada y acciona las válvulas de<br />
solenoide de control de capacidad del compresor de tornillo.<br />
• Circuito de protección reversible del compresor de tornillo. Este<br />
circuito consta de un relé contra la inversión de fase.<br />
• Reinicio tras producirse un fallo de alimentación de corta duración.<br />
Si se produce un fallo de alimentación de menos de 2 segundos de<br />
duración, los compresores se podrán reiniciar automáticamente en<br />
un periodo de 3 minutos.<br />
• Fuente de alimentación. El circuito de control recibe corriente del<br />
circuito de alimentación principal. Para el control remoto, el<br />
interbloqueo de bomba y el funcionamiento de la bomba.<br />
400
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
5. TORRES DE REFRIGERACIÓN<br />
5.1. Introducción<br />
Como se ha visto en temas anteriores, dentro de los elementos principales<br />
que componen el ciclo de refrigeración está el condensador. Existen<br />
condensadores refrigerados por aire y condensadores refrigerados por<br />
agua. En los primeros una corriente de aire ambiente elimina el calor<br />
del refrigerante, mientras que en los segundos es una corriente de agua<br />
la que realiza la absorción de calor.<br />
Cuando no se dispone de una corriente natural de agua, como podría<br />
ser un río o el agua de mar, se usan circuitos cerrados de agua en los que<br />
dicho líquido realiza un segundo ciclo de calentamiento-enfriamiento<br />
en el que toma el calor del refrigerante y lo cede al aire ambiental.<br />
La primera transferencia de calor (del refrigerante al agua) se realiza<br />
en la unidad condensadora. La segunda transferencia (del agua al aire<br />
ambiente) se puede realizar de varios modos: a través de intercambiadores<br />
de placas (haciendo pasar corrientes de aire a través de las tuberías que<br />
recorre el agua) o a través de torres de refrigeración.<br />
En las torres de refrigeración se consigue disminuir la temperatura del<br />
agua caliente mediante transferencia de calor y de materia al aire que<br />
circula por el interior de la torre. El agua es pulverizada a través de una<br />
corriente de aire y parte de este agua, si la humedad relativa del aire<br />
circulante es reducida y la temperatura del agua bastante elevada, se<br />
evapora.<br />
Para evaporarse el líquido necesita cierta cantidad de calor que roba en<br />
parte del aire circulante y, mayoritariamente, de las gotas de agua que<br />
tiene a su alrededor. Las gotas no evaporadas van enfriándose a medida<br />
que cierta parte del agua continúa evaporando. Finalmente las gotas no<br />
evaporadas se recogen en el fondo de la torre desde donde comienzan<br />
de nuevo el ciclo de enfriamiento al ser impulsadas al condensador.<br />
Además del citado fenómeno de la evaporación, el aire también roba<br />
cierta cantidad de calor al agua caliente cuando se produce el contacto<br />
aire-agua. De todos modos, esta transferencia puede cifrarse en el 10%<br />
del total producido en una torre de refrigeración.<br />
La cantidad de agua cedida al aire ambiente en forma de vapor es muy<br />
reducida en comparación con los caudales circulantes a través del circuito<br />
de enfriamiento del refrigerante: para evaporar 1 kg de agua a las<br />
temperaturas de funcionamiento de las torres hacen falta 550 kilocalorías;<br />
dicho calor será absorbido de las gotas de aguas circulantes, si en ellas<br />
401
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
se produce un descenso de la temperatura de 5,5º C (salto térmico<br />
normal en torres de refrigeración), serán necesarios 100 kg de agua para<br />
poder evaporar la cantidad de agua citada.<br />
Es por eso por lo que el consumo de agua se cifra aproximadamente en<br />
el 1% del caudal necesario para el enfriamiento del refrigerante.<br />
5.2. Clasificaciones de las torres de refrigeración<br />
Las torres de refrigeración se suelen clasificar dependiendo de si la<br />
corriente de aire que favorece el enfriamiento del agua se mueve de<br />
modo natural o si, por el contrario, existe algún elemento mecánico<br />
exterior que provoca dicha corriente. Así, las torres se dividen en torres<br />
de circulación natural y torres de tiro mecánico o forzado.<br />
Además, las torres de circulación natural se subdividen en torres<br />
atmosféricas y torres de tiro natural, propiamente dichas.<br />
Por su parte, las torres de tiro mecánico se subdividen en torres de tiro<br />
natural asistido y torres de tiro mecánico.<br />
Torres Atmosféricas<br />
Esquema de funcionamiento de una torre de refrigeración<br />
5.2.1. Torres de circulación natural<br />
Las torres atmosféricas utilizan las corrientes de aire atmosférica (vientos).<br />
El aire se mueve de forma horizontal y el agua cae verticalmente a su<br />
través.<br />
402
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Deben construirse de gran altura para aprovechar los vientos dominantes,<br />
de modo que ningún obstáculo pueda impedir la citada corriente de<br />
aire.<br />
El costo inicial de construcción es elevado pero su mantenimiento es<br />
mínimo al no existir partes mecánicas móviles. Para que resulten<br />
económicas en relación con otras soluciones debe asegurarse una<br />
velocidad del viento constante por encima de los 8 km/h y por ello son<br />
muy pocos los lugares adecuados.<br />
De otro modo los costes de bombear el agua desde el condensador hasta<br />
la parte alta son más elevados que los que ocurren por crear una corriente<br />
artificial de aire.<br />
Este tipo de torres está en desuso.<br />
Torre atmosférica<br />
Torres de Tiro Natural<br />
En las torres de tiro natural se induce una corriente de aire, generalmente<br />
vertical ascendente, a través del flujo de agua que cae en sentido vertical<br />
descendente.<br />
La corriente de aire se consigue al construir una chimenea de altura<br />
suficiente y base abierta al exterior. El aire interior se calienta al entrar<br />
en contacto con el agua a refrigerar y al calentarse tiende a subir hacia<br />
el exterior a través de la parte superior de la chimenea. Al fluir crea una<br />
depresión en el interior de la chimenea que el aire exterior trata de<br />
compensar entrando a través de la base abierta al exterior.<br />
Además, con la altura el aire es menos denso y las velocidades de los<br />
vientos, superiores; ambos fenómenos facilitan la corriente interior de<br />
las chimeneas, y para ello las torres de refrigeración deben ser altas y<br />
con grandes secciones transversales que ofrezcan poca resistencia a la<br />
corriente de aire.<br />
Al igual que las anteriores, los costes iniciales de las instalaciones son<br />
muy elevados y los costes de mantenimiento, reducidos, en comparación<br />
403
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
con los enfriamientos obtenidos.<br />
Son adecuadas para enfriar grandes cantidades de agua ,pero presentan<br />
un difícil control de las temperaturas de salida del agua y no son indicadas<br />
en las aplicaciones en las que esto sea preferente.<br />
Las torres de tiro natural son las usadas en las centrales térmicas de<br />
producción de energía eléctrica y raramente utilizada en los sistemas de<br />
refrigeración industrial.<br />
Torres de Tiro Natural Asistido<br />
5.2.2. Torres de Tiro Mecánico<br />
Las torres de tiro natural asistido son torres de tiro natural inducido en<br />
las que, para permitir disminuir el tamaño de la chimenea (sección y<br />
altura), se instalan unos ventiladores en la base abierta al exterior de la<br />
chimenea que se encargan de introducir aire fresco exterior en la<br />
chimenea y facilitan la corriente vertical de aire.<br />
Este tipo de torres aumentan el ratio de intercambio por unidad de<br />
superficie y encuentran aplicación en industrias con grandes caudales<br />
de agua a enfriar.<br />
Torres de Tiro Mecánico<br />
Torre de tiro natural<br />
Estas torres incorporan potentes ventiladores (en relación con las potencias<br />
de intercambio con las que trabajan) que, por sí mismos, son capaces de<br />
generar la corriente de aire que precisa el agua para ser refrigerada.<br />
Con estos sistemas se consigue un elevado control en la temperatura de<br />
salida del agua.<br />
404
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Comparativamente, en relación a las torres de tiro natural, son elementos<br />
muy compactos, de reducidas dimensiones, de bajo gasto para bombeo<br />
del agua, pero que precisan mayor mantenimiento al presentar más<br />
elementos mecánicos y de control que las anteriores.<br />
Se distinguen entre torres de tiro mecánico forzado e inducido; en las<br />
primeras, los ventiladores se instalan en la entrada de aire y fuerzan al<br />
aire a pasar a través de la corriente de agua. En las segundas, los<br />
ventiladores se sitúan a la salida del aire, creando un vacío en el interior<br />
de la torre que induce al aire exterior a introducirse en la torre y enfriar<br />
a su paso el agua refrigerante.<br />
Las torres de tiro forzado son más eficientes que las de tiro inducido ya<br />
que al tomar aire del exterior lo toman a presión atmosférica y en estas<br />
condiciones son capaces de mover mayores cantidades de aire que si lo<br />
hacen a presiones inferiores. Además el aire que pasa a través de los<br />
ventiladores es aire seco y frío en comparación con el aire de salida,<br />
mucho menos agresivo, por tanto, para las partes mecánicas de los<br />
ventiladores.<br />
Por contra, la posibilidad de recirculación del aire de la salida de torre<br />
de nuevo hacia la entrada es elevada por disminuir en dicho punto la<br />
presión relativa, debido a la acción del ventilador. Si ello se produce, la<br />
temperatura del aire a la entrada es superior y desciende su capacidad<br />
de enfriar el agua.<br />
En las torres de tiro inducido, el aire a la entrada y a la salida tienen<br />
prácticamente la misma presión y no hay motivos físicos que produzcan<br />
un retorno del aire de salida hacia la toma de aire de la torre.<br />
Torre de tiro mecánico forzado Torre de tiro mecánico inducido<br />
405
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
5.2.3. Otras Clasificaciones<br />
Además de la tipología presentada anteriormente, las torres de<br />
refrigeración admiten más clasificaciones.<br />
Según el flujo relativo de aire y agua<br />
Según este parámetro, las torres se dividen en torres de flujo cruzado y<br />
torres de flujo a contracorriente.<br />
En todas las torres, el agua se deja caer libremente o con un poco de<br />
presión, por lo que, debido a su propio peso, adquiere una velocidad<br />
vertical descendente.<br />
La dirección del aire es la que sirve de base para esta clasificación. Las<br />
torres de tiro cruzado son aquéllas en las que el aire se cruza con el flujo<br />
de agua según una velocidad vertical ascendente. El aire más fresco y,<br />
sobre todo, seco se encuentra a la entrada en la torre con el agua más<br />
fría y en estas condiciones el rendimiento del equipo es superior.<br />
En las torres de flujo cruzado el encuentro entre corrientes de aire y<br />
agua se realiza según direcciones perpendiculares, el aire discurre en<br />
horizontal. Los <strong>equipos</strong> resultantes poseen menos altura que los que se<br />
realizan mediante flujo a contracorriente y el mantenimiento de los<br />
componentes se facilita. La pérdida de presión que provoca el cruce<br />
entre masas de aire y agua es menor si éste se realiza cruzado y los<br />
ventiladores no precisan tanta potencia.<br />
Como inconveniente está el hecho de que con los <strong>equipos</strong> cruzados no<br />
se pueden conseguir grandes acercamientos entre las temperaturas del<br />
agua y del aire.<br />
De la anterior clasificación, las torres de tiro natural, de tiro natural<br />
asistido y de tiro mecánico forzado son de flujo a contracorriente, mientras<br />
que las torres atmosféricas son de tiro a contracorriente.<br />
Torre de flujo a contracorriente Torre de flujo cruzado<br />
406
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
En cuanto a las torres de tiro mecánico inducido, existen de los dos tipos,<br />
a contracorriente y de flujo cruzado.<br />
Según la forma en la que el agua es distribuida<br />
El objetivo de la distribución de agua es que se genere la máxima superficie<br />
posible de contacto aire-agua y así maximizar el intercambio de calor<br />
entre los dos fluidos.<br />
En las torres de relleno laminar se fuerza al agua para que forme películas<br />
de poco espesor sobre materiales de gran superficie a los que se obliga<br />
a mojar en su totalidad.<br />
Las torres de relleno de goteo tratan de pulverizar el agua para que no<br />
existan grandes masas de agua en las que la superficie exterior actúe a<br />
modo de escudo y evite el enfriamiento de las partes interiores.<br />
5.3. Principios físicos de funcionamiento<br />
Como se ha descrito en la introducción, conducción-convección en el<br />
contacto entre agua y aire y, sobretodo, evaporación de parte del agua<br />
son los principios físicos que explican el intercambio de calor y, por<br />
tanto, el funcionamiento de las torres de refrigeración.<br />
En el presente apartado se van a estudiar las variables y ecuaciones que<br />
describen estos fenómenos de modo que seamos capaces de reconocer<br />
el buen funcionamiento o la falta de mantenimiento-reparación de las<br />
torres de refrigeración, a partir de los datos de campo que tomemos.<br />
Ecuación característica:<br />
La energía cedida por el agua en forma de masa y calor debe ser igual<br />
a la que absorbe la corriente de aire que atraviesa la torre. Este hecho<br />
se describe a través de la siguiente ecuación característica:<br />
En la que:<br />
• L, representa el caudal másico de agua (kg/h).<br />
• c, es el calor específico del agua (igual a 1 KCal/Kg ª C, por lo que<br />
no se suele escribir en la ecuación).<br />
• T1 y T2, representan la temperatura de entrada y salida del agua de<br />
la torre respectivamente (ª C).<br />
• G, es el caudal másico de aire (Kg/h).<br />
• h1 y h2, son la entalpía del aire a la entrada y a la salida respectivamente<br />
(KCal/Kg).<br />
407
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
A partir de la ecuación característica de una torre de refrigeración se<br />
definen los siguientes términos:<br />
• A la diferencia de temperaturas entre el agua de entrada y el agua<br />
de salida se le denomina Salto Térmico (T1-T2).<br />
• El Acercamiento es la diferencia entre las temperaturas de salida del<br />
agua (T2) y la temperatura húmeda del aire (Th).<br />
• La Eficiencia ( )de una torre mide el rendimiento de la misma<br />
respecto a las condiciones de diseño (relación entre las condiciones<br />
reales alcanzadas en una torre y las máximas que teóricamente podría<br />
alcanzar):<br />
Despejando la entalpía del aire a la salida en la ecuación se obtienen las<br />
características de éste a la salida:<br />
Representando esta ecuación en un diagrama entalpía-temperatura (ht),<br />
la relación se transforma en una recta denominada Línea de<br />
Enfriamiento del Aire, de pendiente conocida como Factor de<br />
Enfriamiento, y que es la relación entre los consumos de agua y aire<br />
(L/G).<br />
Si en el mismo diagrama se representa la línea de saturación del aire,<br />
siempre quedará por encima de la línea de enfriamiento y la superficie<br />
existente entre ellas informa de la capacidad del sistema: a mayor<br />
superficie, mejores son las condiciones de intercambio de calor y menores<br />
serán las instalaciones para refrigerar una cantidad dada de agua.<br />
Si además de lo anterior se tiene en cuenta que la línea de saturación<br />
va perdiendo pendiente según desciende la temperatura húmeda, se<br />
deduce que para conseguir una determinada cesión de calor interesará<br />
que:<br />
• La temperatura húmeda del aire sea lo más elevada posible.<br />
• El acercamiento sea también lo más elevado posible.<br />
• El salto térmico disminuya.<br />
• La relación entre caudales de agua y de aire sea lo más pequeño<br />
posible.<br />
408
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Representación de la línea de enfriamiento del aire en un diagrama h-t<br />
5.4. Elementos Constituyentes<br />
5.4.1 Sistema de Distribución de Agua<br />
El Sistema de Distribución de Agua se encarga de conducir el agua desde<br />
la balsa inferior de recogida de la torre de refrigeración hasta el punto<br />
de vertido superior de la misma, llevándola en el trayecto a través del<br />
condensador del sistema de refrigeración, tramo en el que absorbe el<br />
calor que debe evacuar en la torre de refrigeración.<br />
Se compone, pues, de la balsa de recogida y sus puntos de desagüe, la<br />
red de tuberías y conducciones que unen las distancias entre los distintos<br />
elementos, el sistema de bombeo, y el sistema de distribución de agua<br />
al interior de la torre.<br />
Los sistemas de distribución de agua al interior de la torre se dividen,<br />
según su funcionamiento, en sistemas por gravedad y sistemas por presión.<br />
El sistema por gravedad es el que suelen utilizar las torres de refrigeración<br />
con flujo cruzado. En este sistema el agua es distribuida a una especie<br />
de balsas que se ubican en las partes altas de las torres, con una serie de<br />
orificios en su base a través de los cuales el agua cae al interior de la<br />
torre, donde se encuentra con el flujo de aire.<br />
Sistema de distribución de agua por gravedad<br />
409
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
En otras ocasiones se dispone de un tanque central del que nacen una<br />
serie de canales laterales de profundidad variable y con orificios en su<br />
base que permiten la salida del agua hacia la torre. Con este diseño de<br />
profundidad variable se consigue que por todos los orificios de los canales<br />
el agua salga a la misma velocidad al compensarse la pérdida de presión<br />
que produce el fluir del caudal de agua, con la ganancia que supone la<br />
ganancia de profundidad.<br />
Requieren pequeñas alturas de bombeo (bajos costos de operación), su<br />
mantenimiento es sencillo de llevar a cabo, dado que todas las partes del<br />
sistema son accesibles incluso con la torre en funcionamiento, y la<br />
regulación de los componentes se limita a la apertura gradual de las<br />
válvulas de control hasta que el agua alcanza en todas las balsas niveles<br />
similares.<br />
La parte más importante de los sistemas de distribución de agua por<br />
presión es su parte final que está compuesta por unas boquillas o aspersores<br />
que rocían el agua a través del interior de la torre. Con ello se consigue<br />
dividir el flujo de agua en pequeñas gotas con mucha mayor superficie<br />
específica que en los sistemas anteriores y aumentar el intercambio de<br />
calor entre los dos flujos.<br />
Para su correcto funcionamiento, las boquillas requieren una presión<br />
interior por debajo de los 5 bar, que es la presión que debe asegurar la<br />
parte inicial del sistema de distribución.<br />
Básicamente, existen dos tipologías de sistemas a presión: los fijos y los<br />
rotativos. En los primeros, las tuberías de distribución de agua realizan<br />
un emparrillado en la parte superior de la torre del que se cuelgan,<br />
regularmente repartidos, los pulverizadores.<br />
Sistema de distribución de agua por presión fijo<br />
En los segundos existe un cabezal central del que se cuelgan uno o varios<br />
brazos en los que se cuelgan, orientadas hacia la parte trasera, las boquillas<br />
de salida del agua. La orientación de las boquillas y el caudal de salida<br />
provocan un momento torsor en el cabezal central que le llevan a rotar<br />
sobre su eje vertical como si se tratara de un aspersor.<br />
410
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Sistema de distribución de agua por presión rotativo<br />
En los sistemas de presión se incrementan y dificultan las operaciones<br />
de mantenimiento, debido a la mayor complejidad de los elementos que<br />
los componen; se requieren mayores alturas de bombeo (incremento de<br />
los costos de explotación) y la regulación o equilibrado para conseguir<br />
condiciones similares de caudal y presión en todas las boquillas es más<br />
complejo.<br />
Las bombas se encargan de recircular el caudal de agua refrigerada a<br />
través del circuito mencionado. Es el componente de la torre de<br />
refrigeración que mayor energía consume. Aunque las bombas pueden<br />
ser de tipo axial, centrífugo o mixto, las de tipo centrífugo son las que<br />
se utilizan habitualmente.<br />
Para el dimensionamiento de la bomba se debe tener en cuenta el caudal<br />
de agua a refrigerar, las pérdidas de presión que ocurren en el circuito<br />
y que marcan la altura de bombeo, y, además, las características del caudal<br />
a trasegar: análisis químico y propiedades físicas (temperatura,…).<br />
Según aumenta el tamaño de la instalación se recurre a mayor número<br />
de bombas, en lugar de aumentar la potencia y mantener una única<br />
bomba en la instalación. Con estos diseños se posibilita el funcionamiento<br />
parcial de la instalación en caso de avería de una de las bombas. Si el<br />
tamaño de la instalación lo requiere o el proceso resulta crucial, es<br />
práctica habitual la instalación, además, de una bomba de reserva que<br />
puede entrar en funcionamiento en el momento que se produce la avería<br />
en alguno de los <strong>equipos</strong>.<br />
411
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
5.4.2. Rellenos<br />
El relleno es el componente más importante de una torre de refrigeración,<br />
pues es la parte que se encarga de maximizar el intercambio de calor<br />
entre aire y agua, actuando de dos formas: aumentando el tiempo en<br />
que ambos fluidos están en contacto y aumentando la superficie específica<br />
del flujo de agua.<br />
Es el material que llena el interior de las torres y debe reunir las siguientes<br />
condiciones para que pueda ser utilizado como tal: bajo costo de<br />
adquisición, sencillez de ensamblaje de unas partes con otras para<br />
adaptarse a la parte interior de la torre, poseer una elevada aerodinámica<br />
para ofrecer el menor obstáculo posible al paso del aire, facilidad de<br />
limpieza y no ser proclive a la aparición de suciedades que reduzcan la<br />
capacidad de la torre.<br />
Los rellenos, según su principio de funcionamiento, se dividen en:<br />
rellenos de goteo, rellenos de película o lámina y rellenos mixto.<br />
Rellenos de goteo:<br />
Su funcionamiento se basa en la rotura de las masas de agua en gotas<br />
sucesivamente más pequeñas que presenten poca masa interior y faciliten<br />
la evaporación de parte de esas gotas a costa de un enfriamiento del<br />
resto de la gota.<br />
Relleno de goteo<br />
Existen varios modos de conseguir rellenos de este tipo. Uno de ellos es<br />
la instalación de un entramado de listones horizontales dispuestos según<br />
dos direcciones perpendiculares entre sí que impiden la caída directa<br />
412
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
del agua que proviene del sistema de distribución sobre la balsa de<br />
recogida inferior.<br />
Es importante conseguir la horizontalidad de los listones para evitar<br />
caminos inclinados que permitan al agua descender sin tener que saltar<br />
de unos listones a otros, y evitando así su rotura.<br />
El aire puede discurrir horizontal (flujo cruzado) o verticalmente (flujo<br />
a contracorriente). Para evitar el arrastre de las gotas de agua por parte<br />
del flujo de aire se deben disponer separadores de gotas que impidan<br />
ese consumo inútil de agua.<br />
Los listones que se están imponiendo son los que tienen forma de V<br />
invertida debido a su poco peso, facilidad de instalación y elevada<br />
capacidad para romper el flujo de agua.<br />
Rellenos de película<br />
Su funcionamiento se basa en la consecución de que el flujo de agua<br />
moje la mayor superficie de relleno posible, de modo que el espesor de<br />
la capa de agua sea el menor posible, disminuyendo así su capacidad<br />
para almacenar calor.<br />
Se está comprobando que la capacidad de intercambio de calor de estos<br />
sistemas es superior a la que presentan los sistemas anteriores, lo que se<br />
traduce en menores dimensiones de los <strong>equipos</strong> para refrigerar<br />
determinadas cantidades de agua, y por ello son los que más se están<br />
utilizando.<br />
La mayor dificultad a la que se enfrenta el sistema de distribución de<br />
agua que trabaja con este tipo de rellenos, es la generación de finas<br />
corrientes de agua que sean capaces de mojar toda la superficie del<br />
relleno, sin que se generen caminos preferentes que reduzcan la eficacia<br />
de la torre.<br />
Frente a los rellenos de goteo, los rellenos de película son más favorables<br />
a la acumulación de suciedad, pero el arrastre de agua por parte del<br />
caudal de aire es mucho más reducido.<br />
La forma en que se consigue la superficie base a mojar marca la<br />
clasificación de los rellenos de película.<br />
Así, hay rellenos que se basan en la acumulación y superposición de<br />
objetos de un modo ordenado o azaroso como pueden ser piedras o<br />
trozos de porcelana, plástico o aluminio. Son los rellenos de acumulación.<br />
Generan un gran obstáculo al paso del aire y no son los más habituales<br />
en los procesos de enfriamiento industrial.<br />
Los rellenos laminares abiertos se componen de grupos de láminas<br />
ordenadas paralelamente y a cierta distancia, permitiendo el flujo de<br />
aire entre una lámina y la siguiente, estando ambas caras mojadas por<br />
413
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
el agua. Las láminas pueden ser planas u onduladas. Los materiales<br />
utilizados son fibrocemento, PVC y fibra de vidrio. Es el tipo que se está<br />
utilizando en las torres de tiro natural y mecánico de uso industrial.<br />
El relleno laminar cerrado o relleno de panal está formado por paneles<br />
realizados en rejilla plástica que se amontonan sobre sí mismos, resultando<br />
una apariencia similar a los rellenos de goteo. La dificultad mostrada al<br />
paso de aire es superior que en el caso de los rellenos laminares abiertos.<br />
Su rendimiento es superior y, por ello, su uso está en auge, desplazando<br />
a los tipos anteriores.<br />
Rellenos mixtos<br />
Relleno laminar de fibrocemento<br />
En su funcionamiento se dan, conjuntamente, la pulverización del agua<br />
y la formación de películas húmedas. Se resuelven como los rellenos de<br />
goteo pero los listones presentan mayores perfiles verticales y en estas<br />
superficies se acumula el agua antes de caer al listón siguiente del relleno.<br />
Se utilizan en torres en las que las características específicas del agua de<br />
refrigeración (elevado grado de suciedad, dureza (formación de costras<br />
calcáreas),…) impiden el uso de los rellenos laminares.<br />
5.4.3. Deflectores de aire<br />
Son los elementos encargados de dirigir el aire de entrada hacia el<br />
interior de la torre y hacerlo pasar a través del relleno. Se usan<br />
preferentemente en las torres de tiro inducido para aprovechar al máximo<br />
la depresión que se genera en el interior de la torre por el funcionamiento<br />
del ventilador a la salida de la misma.<br />
Se trata de unas lamas dispuestas en forma de rejilla a la entrada de aire,<br />
con una forma adecuada para direccionar la corriente de aire sin presentar<br />
excesivo obstáculo a su paso.<br />
5.4.4. Eliminadores de gotas<br />
Para evitar un elevado consumo de agua en las torres de refrigeración,<br />
a la salida del aire se instalan eliminadores de gotas que impiden que la<br />
corriente de aire arrastre las gotas del agua pulverizada al exterior. Actúan<br />
haciendo variar de forma brusca la dirección del aire, de modo que el<br />
agua, que no es capaz de seguir dicho cambio, choca contra las lamas,<br />
414
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
las microgotas se agrupan en gotas de mayor tamaño y vuelven, por<br />
propio peso, a caer sobre el relleno.<br />
Además de evitar la pérdida de agua del circuito de enfriamiento, evitan<br />
daños en el entorno del equipo, ya que el aire con agua en suspensión<br />
es más abrasivo y corrosivo que el aire libre de ella, y limita la formación<br />
de neblina y aerosoles, efecto a eliminar en las torres de refrigeración<br />
debido a ser conocidos agentes de transporte de la bacteria causante de<br />
la Legionela al cuerpo humano a través de las vías respiratorias.<br />
En las torres de tiro inducido, el uso de eliminadores de gotas presenta<br />
una cuarta ventaja y consiste en la uniformización del flujo de aire a<br />
través del relleno, debido a la barrera que supone el eliminador para el<br />
paso de aire y ello se traduce en una igualdad de presiones en la zona<br />
existente entre relleno y ventilador que provoca la citada uniformidad.<br />
Los separadores consisten en lamas de sección ondulada o poligonal que<br />
forman rejillas a la salida. Como se ha comentado, el aire de salida es<br />
bastante abrasivo y los materiales deben ser resistentes. Clásicamente se<br />
han utilizado madera tratada, acero galvanizado, aluminio y las últimas<br />
tendencias consisten en realizarlas con fibrocemento o materiales plásticos<br />
(PVC).<br />
Tipología de eliminadores de gotas<br />
5.4.5. Chimeneas<br />
Su uso generalizado está en las torres de tiro inducido y se instalan para<br />
favorecer (de un modo no mecánico) el flujo de aire a través de la torre.<br />
Presentan las ventajas de no presentar coste alguno de explotación, muy<br />
reducido coste de mantenimiento y alejar del ámbito de la torre el aire<br />
húmedo y caliente de salida (evitando corrosiones de las partes más<br />
débiles del sistema y recirculaciones en el sistema).<br />
Dependiendo del tamaño de la torre se pueden construir de chapa<br />
metálica o plástica para las torres más pequeñas, o de obra civil (hormigón<br />
armado), para las de mayor tamaño..<br />
Las formas más usuales son la cilíndrica, la troncocónica y la hiperbólica.<br />
Las primeras son de construcción más sencilla mientras que la geometría<br />
415
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
de la última permite el óptimo cambio de la energía potencial que<br />
transfiere el ventilador al aire en la energía cinética que favorece la<br />
entrada de aire por la parte inferior de la torre.<br />
Ventiladores<br />
El ventilador es el equipo encargado de aportar el aire exterior a las<br />
torres de tiro mecánico. Fundamentalmente se usan dos tipos de<br />
ventiladores en las torres de refrigeración: axiales y centrífugos.<br />
En los ventiladores axiales el aire a la entrada y a la salida lleva la misma<br />
dirección, siendo ésta la misma que la que posee el eje de rotación del<br />
equipo. Son adecuados para mover grandes cantidades de aire con<br />
pérdidas de presión relativamente bajas. Se usan en torres de refrigeración<br />
de todos los tamaños.<br />
La eficiencia de los ventiladores se sitúa alrededor del 80-85% cuando<br />
se usan con chimeneas y deflectores apropiados.<br />
Los ventiladores centrífugos son aquéllos que funcionan basándose en<br />
la fuerza centrífuga que confieren las palas al aire. La toma de aire suele<br />
ser según la dirección axial del rodete (parte móvil del ventilador),<br />
mientras que la salida se realiza según una dirección tangencial a dicho<br />
rodete. Los caudales que trasiegan estos ventiladores son inferiores a los<br />
axiales, aunque las presiones que vencen son muy superiores.<br />
Los ventiladores centrífugos suelen ser muy ruidosos y por ello su uso<br />
se limita a los casos en los que esto no es un inconveniente.<br />
Los motores eléctricos de los ventiladores pueden estar expuestos a las<br />
mismas condiciones de funcionamiento que los ventiladores. Estas<br />
condiciones de elevadas temperaturas y humedades, unidas a los grandes<br />
períodos de funcionamiento, hacen que la elección de estos elementos<br />
deba realizarse con sumo cuidado y respetar unas condiciones mínimas<br />
de protección (motores clase IP55, que proporcionan protección contra<br />
el polvo y chorros directo de agua en cualquier dirección).<br />
Cuando el tamaño de la instalación aumenta se suele proteger el motor<br />
instalándolo a distancia de la corriente de aire y usando sistemas de<br />
transmisión para transportar la energía mecánica hasta las aspas del<br />
ventilador.<br />
416
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
5.4.7. Control<br />
En las torres de refrigeración deben controlarse el nivel de agua presente<br />
en el circuito y el nivel de pH de dicho agua.<br />
El nivel de agua se controla en la balsa de recogida de la torre tras su<br />
paso a través del relleno, mediante válvulas de boya o niveles de contacto<br />
magnético que accionan el sistema de llenado.<br />
El ajuste del pH se realiza mediante la adición de productos químicos<br />
(principalmente ácidos) y la adición de inhibidores de la corrosión, tras<br />
los resultados de análisis químicos realizados temporalmente al agua de<br />
proceso.<br />
En grandes instalaciones el control se automatiza y los análisis se realizan<br />
de continuo mediante la toma de muestras realizada en distintas partes<br />
del circuito. Además se miden las temperaturas de funcionamiento<br />
(entrada y salida de la torre, entrada y salida del condensador).<br />
5.5. Evaluación de Rendimientos<br />
5.5.1. Consumo de Energía en la Torre<br />
En las torres de refrigeración, salvo el computable a los elementos de<br />
control, el consumo de energía se reduce al que consume el sistema de<br />
distribución de agua y, si el tiro es mecánico, el sistema de ventiladores.<br />
La energía consumida por un grupo de elevación de agua se transforma<br />
en la energía que se le comunica al fluido en forma de presión para que<br />
sea capaz de llegar, pasando a través de todo el circuito hasta el punto<br />
de vertido al relleno con la presión suficiente para que esa salida se<br />
realice en las condiciones óptimas.<br />
Para que ello se produzca, la energía eléctrica que consume la bomba<br />
debe transformarse en la energía mecánica que se le transmite al agua,<br />
y este cambio tiene un coste que se evalúa a través del rendimiento de<br />
la bomba ( ), que, por definición, es la energía útil dividido por la<br />
energía consumida por el equipo.<br />
El rendimiento de la bomba es un factor que facilita el fabricante para<br />
cada punto de funcionamiento de la misma. La energía útil se evalúa<br />
como la presión que se le confiere al caudal de agua que atraviesa el<br />
circuito. La presión debe ser suficiente para vencer la diferencia de<br />
417
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
alturas entre la balsa de almacenamiento de agua y el punto de vertido<br />
de agua, además de las pérdidas de presión que provoca el rozamiento<br />
del caudal de agua por el interior de las tuberías y componentes del<br />
sistema.<br />
De este modo, resulta que:<br />
En la que:<br />
• Pb, es la potencia eléctrica consumida por la bomba (kW)<br />
• Q, es el caudal (m3 /seg) impulsado por el equipo<br />
• H, es la presión (en mca) que la bomba proporciona al fluido<br />
• , es el peso específico del agua (igual a la densidad del agua por la<br />
aceleración de la gravedad 1.000Kg/m3 ·9,81m/seg2 = 9.810<br />
Kg/m2seg2 )<br />
• , es el rendimiento de la bomba.<br />
La energía consumida por el equi po es igual al producto de la potencia<br />
anterior por el tiempo de funcionamiento. Si además queremos conocer<br />
el costo de dicha energía tendríamos que multiplicar por el coste de la<br />
energía eléctrica:<br />
Donde:<br />
• , es el coste anual de bombeo de la instalación ( )<br />
• , es la potencia del equipo (kW)<br />
• , es el tiempo a lo largo del año que está en funcionamiento la<br />
instalación (seg)<br />
• , es el precio de la energía ( /kJ).<br />
De modo análogo se calcula la potencia y la energía consumida por el<br />
ventilador:<br />
Pero en este caso:<br />
• , es la potencia eléctrica consumida por el ventilador (kW)<br />
• , es el caudal (m 3 /seg) impulsado por el equipo<br />
418
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
• H, es la presión (en mca) que la bomba proporciona al fluido<br />
• , es el peso específico del aire (igual a la densidad del aire por la<br />
aceleración de la gravedad 1,2Kg/m3 ·9,81m/seg2 = 11,8 Kg/m2seg2 )<br />
• , es el rendimiento del ventilador.<br />
En los sistemas de calentamiento-enfriamiento de líquidos y gases, la<br />
potencia térmica se calcula como el producto del caudal a trasegar por<br />
el calor específico del fluido circulante y por el salto térmico que provoca<br />
el sistema:<br />
Siendo:<br />
• Pt, la potencia térmica necesaria (kCal/h)<br />
• L, el caudal másico a enfriar (kg/h)<br />
• c, el calor específico del fluido (1 Kcal/kgºC para el agua)<br />
• T1 y T2, las temperaturas de entrada y salida del agua, respectivamente.<br />
Esta potencia es la que resulta útil en la instalación y la que hay que<br />
evaluar frente a los costes de bombeo y ventilación para evaluar el<br />
rendimiento económico de la instalación.<br />
5.5.2. Pruebas de rendimiento<br />
Las pruebas de rendimiento de una torre de refrigeración consisten en<br />
ensayar dicho elemento en condiciones similares a las de su diseño<br />
original, para evaluar su buen funcionamiento, desestimar la posibilidad<br />
de existencia de algún fallo, o reconocer el o los elementos en mal estado.<br />
La prueba debe llevarse a cabo en condiciones ambientales e internas<br />
similares a las de diseño del sistema de refrigeración, entendiendo por<br />
“similares” los siguientes límites:<br />
• Temperatura húmeda: ±5ºC<br />
• Temperatura seca: ±10ºC<br />
• Salto térmico: ±20%<br />
• Caudal de agua: ±10%<br />
Durante la prueba, los siguientes parámetros deben mantenerse constantes:<br />
• Caudal de agua: ±5%<br />
• Calor total: ±5%<br />
419<br />
El método expuesto<br />
está basado en<br />
“ACCEPTANCE TEST<br />
CODE FOR WATER<br />
COOLING TOWERS”,<br />
ATC-105, del<br />
COOLING TOWER<br />
INSTITUTE y la Norma<br />
DIN 1947<br />
“PERFORMANCE<br />
TESTS ON COOLING<br />
TOWERS”
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
• Salto térmico: ±5%<br />
• Temperatura húmeda: ±1ºC / hora<br />
• Temperatura seca: ±3ºC / hora<br />
La duración de la prueba no será inferior a una hora y, previamente, el<br />
equipo deberá haber sido puesto en marcha con la suficiente antelación<br />
para que durante una hora no varíen los parámetros anteriores por<br />
encima de los límites señalados.<br />
La siguiente tabla recoge la frecuencia con la que se deben tomar las<br />
mediciones para considerar la prueba como correcta:<br />
PARÁMETRO NÚMERO MÍNIMO DE MEDIDAS /HORA UNIDAD PRECISIÓN<br />
Temperatura húmeda 6 ºC 0,1<br />
Temperatura seca 6 ºC 0,1<br />
Temperatura del agua fría 6 ºC 0,1<br />
Temperatura del agua<br />
caliente 6 ºC 0,1<br />
Caudal de agua de<br />
circulación<br />
3 m3 /h 1<br />
Altura de bombeo de la<br />
torre 1 mca 0,1<br />
Potencia absorbida por el<br />
ventilador 1 kW 0,1<br />
Velocidad del viento 3 m/s 1<br />
5.5.3. Evaluación de rendimiento en las torres de refrigeración<br />
En las torres de refrigeración de gran potencia, la evaluación del<br />
rendimiento de su funcionamiento se puede realizar principalmente de<br />
tres modos:<br />
• Método de la curva característica.<br />
• Método de la curva de rendimiento.<br />
• Método de la curva de garantía de enfriamiento.<br />
En los tres casos se trata de representar sobre las curvas que facilita el<br />
fabricante de la torre, los resultados de pruebas de rendimiento ensayadas.<br />
Los valores a representar se obtienen por métodos numéricos de cálculo<br />
matemático aplicados sobre el conjunto de datos tomados en campo<br />
durante la realización de los ensayos.<br />
Con estos valores se traza la curva característica de la prueba y se compara<br />
con la del fabricante y con ello se observa si la torre está trabajando por<br />
encima o por debajo de su capacidad de diseño, su rendimiento.<br />
420
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
No es objetivo del presente libro el detalle de todo este proceso que<br />
puede consultarse en la bibliografía citada al final del texto.<br />
Se detalla, sin embargo, a continuación, el caso de las torres de<br />
refrigeración utilizadas en acondicionamiento de aire, ya que, dado su<br />
menor tamaño, el fabricante no facilita el tipo de curvas descrito en<br />
párrafos anteriores, sino que dispone de tablas con los resultados a los<br />
que cada uno de los modelos de su catálogo es capaz de llegar en unas<br />
condiciones de funcionamiento muy determinadas.<br />
Dado que el ámbito de aplicación de este tipo de torres no presenta un<br />
gran espectro de casos, sino que, según las zonas, las condiciones de<br />
trabajo exteriores e interiores están bastante acotadas, las citadas tablas<br />
suelen ser suficientes y se pueden realizar interpolaciones en los casos<br />
en los que los datos de campo no coinciden exactamente con los facilitados.<br />
En el caso de las torres de refrigeración para aire acondicionado:<br />
• Con los datos de caudal de agua y temperaturas de entrada y salida<br />
de agua tomados en campo, se calcula la potencia real que está<br />
cediendo el equipo a la instalación.<br />
• Con el modelo identificado en la tabla de selección de los <strong>equipos</strong>,<br />
se busca, para las mismas condiciones de trabajo, la potencia máxima<br />
que asegura el fabricante.<br />
• Relacionando ambas potencias se obtiene el rendimiento de la<br />
instalación que ayudará a encontrar los problemas y a la toma de<br />
decisiones oportunas para mantener las instalaciones en adecuadas<br />
condiciones.<br />
Ejemplo: La instalación de aire acondicionado de un local comercial<br />
precisa enfriar de 35º C a 30º C un caudal de agua de 80 m 3 /h. Durante<br />
el período de funcionamiento se tiene una previsión de temperatura de<br />
bulbo húmedo de 23º C. Se desea seleccionar un equipo de la siguiente<br />
tabla comercial y calcular el rendimiento del mismo cuando, tras una<br />
prueba de rendimiento, se comprueba que las condiciones de<br />
funcionamiento son de 34,5º C a la entrada de agua, 29º C a la salida y<br />
una temperatura de bulbo húmedo de 25º C fluyendo un caudal de<br />
38 m 3 /h por la instalación.<br />
421
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
La tabla muestra para cada modelo de torre la potencia térmica (kW)<br />
que es capaz de disipar en función de las condiciones de funcionamiento<br />
(temperaturas).<br />
Como se ha visto en apartados anteriores, la potencia térmica se calcula<br />
según la siguiente ecuación:<br />
Siendo:<br />
• Pt, la potencia térmica necesaria (kCal/h)<br />
• L, el caudal másico a enfriar (kg/h)<br />
• c, el calor específico del fluido (1 Kcal/kgºC para el agua)<br />
• T1 y T2, las temperaturas de entrada y salida del agua, respectivamente.<br />
Sustituyendo los datos del ejemplo se obtiene la potencia necesaria para<br />
el equipo:<br />
422
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Entrando con estos valores en la tabla se obtiene el modelo necesario:<br />
El modelo seleccionado sería el:<br />
TC-135<br />
En las nuevas condiciones de funcionamiento el equipo está disipando<br />
la siguiente potencia:<br />
423
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
La potencia prevista para la torre del local, con las nuevas condiciones<br />
de funcionamiento es la siguiente:<br />
La potencia suministrada por el equipo seleccionado sería:<br />
301 kW<br />
El rendimiento de la instalación se obtiene dividiendo la potencia real<br />
entre la prevista, resultando:<br />
El reducido valor del rendimiento muestra la presencia de alguna avería<br />
o malfuncionamiento en la torre que precisa la atención del técnico de<br />
la instalación.<br />
424
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
5.6. Mantenimiento<br />
A continuación se detallan los elementos a controlar en las torres de<br />
refrigeración:<br />
Sistema de distribución de agua<br />
Para el correcto funcionamiento de la torre y el aprovechamiento del<br />
relleno, los pulverizadores y boquillas a través de las que el agua es vertida<br />
al interior de la torre deben estar totalmente limpios.<br />
Tanto en los sistemas de distribución por presión como en los que lo<br />
hacen por gravedad, la presencia de suciedad en estos elementos se<br />
observa ante la mala distribución del agua al relleno.<br />
Si ésta distribución no es accesible debe observarse el estado de las balsas<br />
superiores en el caso de distribución por gravedad.<br />
En el caso de distribución por presión, se debe medir la presión en<br />
algunos puntos del sistema. Si la obstrucción se produce en alguno de<br />
los colectores secundarios se tendrá una distribución desigual entre unos<br />
ramales y otros, y presiones variantes para puntos igualmente alejados<br />
del sistema de bombeo.<br />
Si la obstrucción se produce en las conducciones principales la muestra<br />
será el descenso en el caudal de agua total que pasa por la torre.<br />
Todas las balsas requieren limpiezas periódicas para evitar obstrucciones<br />
en las rejillas, válvulas y bombas de circulación. Puede realizarse una<br />
limpieza anual vaciando por completo la balsa, mientras que las rejillas<br />
deben ser inspeccionadas y limpiadas frecuentemente.<br />
La balsa de agua fría debe mantener un nivel normal o ligeramente alto.<br />
El descenso de nivel a través de la parrilla de barrotes debe ser nulo si<br />
la parrilla está limpia. Posteriormente se revisará el ruido, vibración y<br />
r.p.m. de la bomba. Los ruidos y las vibraciones pueden ser causados por<br />
mal estado de los cojinetes o por cavitación. La cavitación de la bomba<br />
puede provenir de varios conceptos: bombeo excesivo, poca altura de<br />
aspiración, agua caliente, impulsor desgastado o una combinación de<br />
todos ellos.<br />
Si se comprueba falta de caudal y el circuito de recirculación está limpio,<br />
el problema puede deberse a la bomba. Para proceder a su comprobación<br />
se debe estar en posesión de su curva característica y su curva de<br />
rendimiento.<br />
La curva característica de una bomba es un diagrama que muestra, para<br />
todos los caudales que es capaz de trasegar, la presión que puede dotar<br />
al fluido. La curva de rendimiento relaciona, también para todos esos<br />
425
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
caudales, la potencia eléctrica consumida y la potencia que se le transfiere<br />
al fluido.<br />
Con estos diagramas se procede a realizar tomas de datos de caudal y<br />
altura que proporciona la bomba para varias posiciones de las válvulas<br />
de cierre que se instalan en su impulsión. De ese modo se varía la curva<br />
resistente de la instalación y el caudal varía de una prueba a otra.<br />
Dibujando los datos obtenidos sobre la curva característica, la no<br />
coincidencia delatará la presencia de algún problema en el equipo. Que<br />
puede ser alguno de los siguientes:<br />
• Perforación del rodete: debido a la cavitación producida por un<br />
deficiente diseño del tramo de aspiración desde la balsa de recogida<br />
de agua hasta el equipo, o la presencia de algún elemento extraño.<br />
• Pérdida del sellado entre rodete y carcasa, que hace que la presión<br />
del agua se escape en forma de fugas hacia la aspiración de la bomba.<br />
Relleno<br />
El relleno debe ser revisado cada seis meses, inspeccionando:<br />
• El estado general de todos los elementos.<br />
• Su correcta ubicación para permitir el correcto flujo de aire y agua,<br />
y la no aparición de tensiones que puedan llevar a la fractura de<br />
alguno de ellos.<br />
Eventualmente se debe controlar el estado general de limpieza de todas<br />
las superficies, evitando que la suciedad disminuya el rendimiento del<br />
equipo.<br />
Muchos de los problemas de suciedades se evitan actuando sobre el agua<br />
y el aire del circuito, tratando convenientemente la primera y disponiendo<br />
filtros a la entrada de aire.<br />
Deflectores y eliminadores de gotas<br />
Comprobar si algún panel está roto, deteriorado o mal colocado, así<br />
como la existencia de huecos o desalineamientos que permitan una<br />
pérdida excesiva de agua. Examinar los soportes y comprobar que no<br />
haya obstrucciones por depósitos o por crecimiento de algas.<br />
Ventiladores<br />
El nivel de control sobre el funcionamiento de una torre de refrigeración<br />
de tiro mecánico se consigue mediante los ventiladores de la misma.<br />
La forma de los álabes que impulsan el aire es determinante para el<br />
426<br />
La curva característica<br />
de una bomba es un<br />
diagrama que<br />
muestra, para todos<br />
los caudales que es<br />
capaz de trasegar, la<br />
presión que puede<br />
dotar al fluido. La<br />
curva de rendimiento<br />
relaciona, también<br />
para todos esos<br />
caudales, la potencia<br />
eléctrica consumida y<br />
la potencia que se le<br />
transfiere al fluido.
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
correcto funcionamiento del ventilador y de la torre, en general. Existen<br />
ventiladores en los que los álabes son de posición orientable; en estos<br />
casos deberá revisarse y ajustarse periódicamente dicha posición, además<br />
de las variaciones que se les debe dar para adaptar las prestaciones de<br />
la torre a las necesidades de la instalación de refrigeración.<br />
La presencia de suciedad en los álabes también varía sus condiciones de<br />
funcionamiento.<br />
En los ventiladores de álabes fijos hay que revisar el estado de la unión<br />
de los álabes con el eje ya que es el punto de mayor esfuerzo y por donde<br />
suelen romperse estos elementos.<br />
Tratamiento del agua de recirculación<br />
El agua contiene sólidos disueltos, gases y materias en suspensión en<br />
cantidades variables, que pueden ser origen de problemas de operación:<br />
• Los bicarbonatos y sulfatos de calcio, sodio y hierro son los sólidos<br />
en disolución más corrientes, dependiendo la cantidad de cada uno<br />
de ellos de su abundancia en el terreno de donde procede el agua.<br />
• El dióxido de carbono es el gas más común y las mayores<br />
concentraciones se encuentran en aguas de pozos poco profundos<br />
y lagos, debido a los procesos de putrefacción.<br />
• Los sólidos en suspensión pueden ser limo o partículas transportadas<br />
por el aire. En el transcurso del funcionamiento todos los sistemas<br />
de agua desarrollan algas y otros organismos.<br />
Por otra parte, el agua disponible puede estar afectada por vertidos<br />
industriales, que le confieren un carácter ácido.<br />
Además, el agua está expuesta continuamente al aire atmosférico, que<br />
puede estar sucio o contaminado, y la cortina de agua de la torre actuar<br />
a modo de filtro para todas esas partículas que quedan en el agua.<br />
En función del tamaño e importancia de la instalación, los tratamientos<br />
van desde una purga del fondo de la balsa de almacenamiento de agua<br />
(donde se recogen todas estos contaminantes) hasta la inyección en<br />
continuo y automático de todo tipo de elementos químicos (en función<br />
de los parámetros detectados en análisis realizados también en continuo)<br />
que inhiben los efectos corrosivos del agua contaminada.<br />
Los problemas que pueden aparecer en los elementos de una torre de<br />
refrigeración por la deficiente calidad del agua son los siguientes:<br />
• Erosión de los materiales ante los choques producidos por el agua<br />
y los elementos que lleva en suspensión.<br />
• Formación de incrustaciones que conducen a distribución irregular,<br />
427
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
posible bloqueo de los conductos de aire y/o agua y posibles fallos<br />
estructurales.<br />
• Taponamiento de los canales del relleno por acumulación de suciedad.<br />
• Ataques de hongos; el riesgo por este concepto puede aumentar por<br />
humedecimiento y secado alternativo del material.<br />
• Degradación química.<br />
• Corrosión de las partes metálicas.<br />
• El rendimiento puede verse afectado por colonias orgánicas que<br />
proliferan en los conductos llegando a bloquearlos, aunque no por<br />
eso se produzcan daños en los materiales.<br />
Para evitarlos, deben realizarse controles periódicos sobre:<br />
• La acidez y alcalinidad del agua.<br />
• La aparición de incrustaciones.<br />
• La corrosión de las partes metálicas de la instalación.<br />
• Los crecimientos orgánicos.<br />
• Los filtros del sistema.<br />
428
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
6. ELEMENTOS AUXILIARES DE LOS SISTEMAS<br />
FRIGORÍFICOS<br />
6.1. Silenciadores<br />
Se instalan silenciadores con el fin de reducir los ruidos que originan las<br />
pulsaciones del gas.<br />
Se trata de dispositivos en forma de tubos en cuyo interior van dispuestas<br />
placas, tabiques o mallas metálicas que originan cambios en la velocidad<br />
del aire sin originar grandes pérdidas de carga. La instalación de<br />
silenciadores entre compresor y condensador debe ir complementado<br />
con el empleo de amortiguadores de vibraciones (antivibratorios o<br />
conexiones flexibles descritos en el apartado 5.7.1).<br />
Silenciadores<br />
6.2. Receptor de líquido<br />
El receptor de líquido tiene como función almacenar el refrigerante en<br />
estado líquido con el fin de asegurar la compensación de las variaciones<br />
de volumen de fluido del circuito debidas a las diferentes temperaturas<br />
de funcionamiento y permitir la compensación de aperturas y cierres de<br />
la válvula de expansión que suministra fluido al evaporador.<br />
El receptor de líquido se instala entre el condensador y la válvula de<br />
expansión tal y como se muestra en el esquema siguiente.<br />
429
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Esquema receptor de líquido<br />
Receptor de líquido<br />
6.3. Acumulador de succión<br />
Un acumulador de succión se trata de un recipiente a presión diseñado<br />
para evitar la entrada de refrigerante en estado líquido al compresor y/o<br />
aceite líquido en grandes cantidades; el acumulador es capaz de retener<br />
el exceso de mezcla en estado líquido y posteriormente enviarlo en estado<br />
de gas. Se instala entre el evaporador y el compresor, donde existe la<br />
posibilidad de regreso de líquido por la línea de succión.<br />
Entre las causas que originan la entrada de refrigerante líquido al<br />
compresor se encuentran:<br />
• Válvula de expansión de tamaño superior al necesario.<br />
• El bulbo de la válvula de expansión no hace correctamente contacto<br />
en la línea de succión.<br />
• La válvula de expansión está mal ajustada o en posición abierta.<br />
• Sobrecarga de refrigerante en sistemas que usan tubo capilar.<br />
• Falta de carga en el evaporador.<br />
• Regreso de líquido al terminar el ciclo de deshielo con gas caliente.<br />
430
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
La entrada de refrigerante líquido y aceites líquidos al compresor<br />
dependen de la cantidad que le esté llegando. Tal y como se ha explicado<br />
en el punto 1.5.1, los compresores para refrigeración están diseñados<br />
para comprimir vapor. Si es excesiva la cantidad de líquido que entra al<br />
cilindro a través de la línea de succión, el pistón, en su carrera ascendente,<br />
golpeará este líquido contra la válvula o plato de descarga, produciendo<br />
un efecto como el de un gato hidráulico originando daños en las válvulas<br />
de descarga, los pistones, las bielas y hasta el cigüeñal, pudiendo provocar<br />
la ruptura del compresor. El exceso de refrigerante líquido que retorna<br />
al compresor diluye el aceite, disminuyendo sus propiedades lubricantes,<br />
y causando daños por mala lubricación en cojinetes y otras partes móviles.<br />
En algunos casos, se pierde completamente el aceite del cárter.<br />
Ejemplo: La existencia de refrigerante líquido en el aceite puede ocasionar<br />
que el interruptor de presión de aceite se dispare por baja presión<br />
(aunque el nivel de aceite del compresor sea alto). El compresor se<br />
presenta una momentánea baja de presión en el cárter, y el refrigerante<br />
líquido se evapora, sin poder la bomba mantener la presión adecuada.<br />
Si esta situación continúa, cuando se haya evaporado determinada<br />
cantidad del refrigerante de la mezcla (refrigerante-aceite), se normalizan<br />
las presiones en la bomba. Puede pensarse erróneamente que el fallo<br />
está en la bomba (al no haber podido mantener la presión), pero al<br />
reponerla no se solucionará el problema mientras siga habiendo aceite.<br />
Cuando se presenta una situación de éstas, se piensa que es la bomba de<br />
aceite la que está fallando y se reemplaza. Al instalar una bomba nueva,<br />
se creerá que se solucionó el problema, pues se restablecerá la presión<br />
del aceite; sin embargo, la siguiente vez que se diluya el aceite con<br />
refrigerante líquido, volverá a bajar la presión del aceite.<br />
El acumulador de succión más frecuente se trata de un recipiente vertical<br />
en forma de U , el vapor de refrigerante entra al acumulador, pasa a<br />
través del tubo en U hacia la succión del compresor. Las gotas (más<br />
pesadas) de refrigerante caen al fondo incrementando el volumen de<br />
líquido.<br />
Acumulador de succión Acumulador de succión<br />
431
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
6.4. Separadores de aspiración<br />
Se trata de un separado de aceite (descrito en el punto siguiente) que<br />
lleva incorporado un serpentín donde se intercambia calor entre el<br />
líquido caliente y la aspiración fría (actuando como un intercambiador<br />
(apartado5.6.10).Se instala en la línea de aspiración antes del compresor.<br />
En los puntos siguientes se desarrolla el funcionamiento tanto del<br />
separador de aceite como del intercambiador de calor.<br />
6.5. Separadores de aceite<br />
El separador de aceite es un dispositivo diseñado para separar el aceite<br />
lubricante del compresor del refrigerante antes que entre a otros<br />
componentes del sistema, también produce efecto de silenciador<br />
reduciendo las pulsaciones del gas en la descarga del compresor.<br />
El aceite es necesario para la lubricación y el enfriamiento de los<br />
compresores (como se desarrollará en el apartado 5.8), no obstante a<br />
continuación describiremos los efectos que produce la presencia de<br />
aceite en distintos componentes del sistema:<br />
• Condensador: La presencia de aceite en el condensador reduce la<br />
capacidad de éste, puesto que ocupará un volumen que debería ser<br />
utilizado por el refrigerante. La capacidad del condensador se reduce<br />
en un porcentaje similar al del aceite en la mezcla.<br />
Ejemplo: Si en la mezcla de refrigerante-aceite existe un 20% de<br />
aceite el condensador tendrá que trabajar más para que circule la<br />
cantidad necesaria de refrigerante. El aceite recubrirá las paredes<br />
disminuyendo la superficie de transferencia de calor, añadiendo que<br />
será necesaria mayor presión de condensación; por tanto la presencia<br />
de aceite origina un aumento del trabajo de la instalación.<br />
• Evaporador: Cuando hay exceso de aceite circulando en un sistema<br />
de refrigeración, el evaporador se ve afectado por la reducción en<br />
la transferencia de calor, debido a que las paredes internas de los<br />
tubos se recubren de una película de aceite que actúa como aislante,<br />
lo que trae como consecuencia un aumento en las temperaturas de<br />
evaporación y de los productos que se están enfriando, haciendo que<br />
el equipo trabaje durante más tiempo.<br />
• Filtros deshidratadores: Cuando el aceite se descompone generando<br />
lodos y ceras, disminuyendo la superficie de filtrado, incluso llegando<br />
a obstruirlo.<br />
432
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
• Dispositivos expansión: En los tubos capilares el efecto es muy parecido<br />
al que se observa en el condensador, ya que les reduce su capacidad<br />
volumétrica al circular aceite a través del reducido orificio del tubo<br />
capilar, disminuye el flujo de refrigerante y causa variaciones en la<br />
presión. También, el punto de ebullición del refrigerante se ve<br />
afectado por el aceite, y varía, dependiendo del porcentaje de aceite<br />
en la mezcla. Todo lo anterior afecta la capacidad del tubo capilar<br />
(descrito en el apartado 5.4.1) para controlar el flujo de refrigerante<br />
hacia el evaporador, provocando fluctuaciones en la temperatura de<br />
evaporación. La presencia de aceite en el sistema produce la<br />
acumulación de ceras alrededor de la aguja de la válvula de termo<br />
expansión (descrito en el apartado 5.4.1), obstruyen el orificio de la<br />
válvula y en ocasiones la tapan totalmente. El aceite, al pasar a través<br />
de la válvula de termo expansión, también disminuye la capacidad<br />
volumétrica de una manera similar que en el condensador; el bulbo<br />
de la válvula de termo expansión se ve afectado por el aceite en<br />
circulación, ya que éste recubre las paredes internas del tubo de la<br />
línea de succión, causando variaciones en la transferencia de calor,<br />
y consecuentemente, afecta al control que el bulbo pueda reflejar al<br />
sobrecalentamiento del gas de succión.<br />
La separación del aceite del fluido frigorígeno en un separador se obtiene<br />
mediante la combinación de tres procedimientos:<br />
• Cambios bruscos de dirección del flujo de gas: la inercia tiende a<br />
proyectar las gotas de aceite a lo largo de las paredes donde se<br />
decantan.<br />
• Reducción brusca de la velocidad del gas refrigerante: las moléculas<br />
pesadas de aceite no pueden ser arrastradas por el fluido gaseoso.<br />
• Superficie de choque a la cual se va a adherir el aceite: provocando<br />
el mismo efecto que los dos sistemas citados.<br />
A continuación se describe el funcionamiento del separador de aceite:<br />
El gas de descarga sobrecalentado y cargado de aceite, sale del compresor<br />
a alta velocidad, y a través de la línea de descarga llega a la entrada del<br />
separador de aceite. Aquí, el refrigerante queda en estado gaseoso con<br />
un altísimo sobrecalentamiento y moviéndose a gran velocidad. El aceite<br />
tiene la misma velocidad pero en forma líquida, y como tiene mayor<br />
densidad que el refrigerante, su inercia también es mayor. Como el área<br />
de sección transversal de la cápsula del separador es mucho mayor que<br />
la del tubo de descarga, esto provoca una reducción en la velocidad del<br />
gas. Simultáneamente a esta reducción de velocidad, la mezcla de gas y<br />
aceite pasa a través de la malla de choque a la entrada, donde una parte<br />
del aceite es separado del gas refrigerante. Otro gran porcentaje del<br />
433
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
aceite se encuentra en forma de partículas más finas, las cuales sólo<br />
pueden ser removidas provocando que choquen unas con otras para<br />
formar partículas más pesadas. Esto sólo puede lograrse gracias al cambio<br />
de velocidad que sufre la mezcla de aceite y gas refrigerante, y a que las<br />
partículas de aceite tienen mayor densidad que el gas refrigerante. El<br />
gas refrigerante una vez liberado de su alto contenido de aceite, fluye<br />
hacia abajo y hace un giro de 180° en U alrededor de la placa de choque,<br />
donde se separa aún más aceite debido a la fuerza centrífuga; ya que el<br />
gas refrigerante sobrecalentado puede cambiar de dirección más<br />
fácilmente, dejando abajo el aceite que es más pesado. Finalmente, el<br />
gas pasa a través de la malla de salida donde sufre una última depuración,<br />
antes de entrar a la línea de descarga, para luego recuperar su velocidad<br />
original debido a la reducción del diámetro. Una vez libre de aceite, el<br />
gas refrigerante sigue su paso hacia el condensador. El aceite separado<br />
escurre al fondo, donde se encuentra un depósito adecuado para<br />
acumularse, hasta que alcance un nivel suficiente para balancear el<br />
flotador y accionar la válvula de aguja, la cual permite el regreso del<br />
aceite al cárter del compresor. El flujo de aceite hacia el cárter, es<br />
provocado por la diferencia de presiones entre la alta presión del gas en<br />
el separador y la baja presión en el cárter. Siempre va a permanecer en<br />
el separador una pequeña cantidad de aceite, lo suficiente para que con<br />
otro poco que se acumule, se accione el mecanismo del flotador<br />
La selección del separador de aceite debe hacerse teniendo en cuenta<br />
la potencia frigorífica, la naturaleza del fluido frigorígeno, así como las<br />
temperaturas de evaporación y condensación.<br />
Separador de aceite<br />
6.6. Sistemas de retorno de aceite a los compresores<br />
Tal y como se ha descrito en el punto anterior, cierta cantidad de aceite<br />
está en contacto con el fluido frigorígeno , siendo necesario separar la<br />
mezcla y devolver el aceite al cárter del compresor. En la parte alta del<br />
434
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
separador de aceite, y conectada al tubo de aspiración, se instala una<br />
válvula tarada que mantiene la diferencia de presión entre el depósito<br />
de aceite y el cárter del compresor y garantiza la vuelta del aceite al cárter.<br />
A continuación se describe el proceso por el que actúa la válvula de<br />
retorno de aceite:<br />
• Al pararse el compresor y subir la presión de aspiración se abre la<br />
lengüeta y permite el retorno del aceite que contiene el gas evaporado.<br />
• Al ponerse en marcha y descender la presión de aspiración en relación<br />
con la del cárter, dicha lengüeta queda cerrada y evita el bombeo de<br />
aceite.<br />
El aceite de retorno a los compresores debe depurarse previamente<br />
mediante filtros de malla metálica con el fin de retener las impurezas y<br />
asegurar la máxima calidad del aceite que lubrica el compresor.<br />
Por medio de visores de paso de aceite, se controla la circulación y el<br />
estado del aceite; el regulador de nivel de aceite garantiza la correcta<br />
entrada del aceite al cárter así como el mantenimiento de un nivel<br />
adecuado.<br />
Separador de aceite- válvula retorno<br />
a) Visor de paso aceite, b) Regulador de nivel de aceite, c) Filtro, d)<br />
Válvula retorno de aceite, e) Aceite sobrecalentado, f) Sensor de<br />
temperatura de descarga.<br />
6.7. Filtro deshidratador<br />
Durante el proceso de instalación, ensamblaje, carga de refrigerante o<br />
de aceite existe la posibilidad que entren contaminantes en el sistema<br />
frigorífico. Entendemos por contaminantes aquellas sustancias presentes<br />
en los sistemas de refrigeración sin ninguna función útil y que son<br />
perjudiciales para el funcionamiento de los componentes.<br />
El refrigerante y el aceite deben mantenerse libres de contaminantes y<br />
humedad a lo largo de todo el ciclo, para evitar que se produzcan<br />
435
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
problemas de funcionamiento en la válvula de expansión, tubo capilar<br />
o compresor; por tanto, antes de la puesta en marcha de de la instalación,<br />
debe eliminarse la humedad por vacío (proceso descrito en el apartado<br />
5.6.14), durante el funcionamiento y para asegurar el funcionamiento<br />
óptimo se debe recoger y almacenar suciedad y humedad mediante<br />
filtros.<br />
Los principales efectos de los contaminantes sólidos:<br />
• Rayar las paredes de los cilindros y los cojinetes.<br />
• Obstrucción de la válvula de termo expansión o del tubo capilar.<br />
• Alojarse en el devanado del motocompresor y actuar como<br />
conductores, creando corto circuito, o actuar como abrasivos en el<br />
aislante del alambre.<br />
• Depositarse en los asientos de las válvulas de succión o descarga,<br />
reduciendo significativamente la eficiencia del compresor.<br />
• Tapar los orificios de circulación de aceite en las partes móviles del<br />
compresor, provocando fallas por falta de lubricación.<br />
• Servir como catalizadores (aceleradores) de la descomposición química<br />
de refrigerante y aceite.<br />
La entrada de humedad en el sistema ocasiona:<br />
• Formación de hielo en la válvula de termo expansión, en el tubo<br />
capilar o el evaporador, restringiendo u obstruyendo el flujo de<br />
refrigerante.<br />
• Oxidación y corrosión de metales.<br />
• Descomposición química del refrigerante y del aceite.<br />
• Corrosión.<br />
• Daño químico al aislamiento.<br />
• Hidrólisis del refrigerante formando ácidos y agua.<br />
• Polimerización del aceite, descomponiéndose en otros contaminantes.<br />
Los filtros deshidratadores contienen material desecante y material<br />
filtrante para absorber la humedad, ácidos, así como contaminantes en<br />
estado sólido de la mezcla de refrigerante y aceite del sistema, instalándose<br />
en la línea de líquido.<br />
436
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
6.8. Pre-enfriador<br />
Para enfriar el gas de descarga del compresor y volver a enviarlo éste<br />
como medida de protección contra sobrecalentamientos del motor y<br />
para reducir el consumo de energía se emplean tubos de cobre en forma<br />
de U o parte de la tubería de refrigeración del condensador.<br />
Esquema pre-enfriador<br />
6.9. Indicadores de líquido humedad<br />
El indicador de líquido y humedad es un dispositivo que revela la presencia<br />
de exceso de humedad (en el apartado 5.6.7 se han descrito los problemas<br />
que genera la humedad en el sistema) y permite comprobar la circulación<br />
de refrigerante líquido a través del visor<br />
El indicador dispone de un papel filtro poroso que cambia de color en<br />
función de la presencia de exceso de humedad; el cambio será reversible,<br />
volviendo al color inicial una vez se ha eliminado la humedad.<br />
437
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Como ya se ha explicado, el refrigerante debe llegar a la válvula de<br />
expansión en estado líquido; la existencia de burbujas indica que el<br />
refrigerante está evaporándose.<br />
En el apartado 5.6.7 se han descrito las causas de la presencia de humedad<br />
en el sistema, por lo que a continuación describiremos únicamente las<br />
causas por las que puede encontrarse burbujas en el visor:<br />
• Falta de refrigerante, debido a una carga insuficiente o fugas.<br />
• Filtro deshidratador parcialmente obstruido.<br />
• Restricciones en la línea de líquido que provocan una caída de presión<br />
con el consiguiente cambio de temperatura produciendo la<br />
evaporación del líquido y formando burbujas.<br />
• Si la línea de líquido es demasiado larga y el indicador está instalado<br />
a la salida del filtro deshidratador no se detectará la presencia de<br />
burbujas formadas a continuación de éste, debido a las pérdidas hasta<br />
la válvula de expansión. En estos casos se instalan dos indicadores de<br />
nivel en la línea de líquido, uno después del filtro y otro antes de la<br />
válvula de expansión.<br />
• Falta de subenfriamiento.<br />
Los indicadores de líquido y humedad se fabrican en acero, latón y cobre,<br />
tratándose de elementos fijos del sistema; en el apartado 2.3 se desarrolla<br />
la medición de la humedad mediante psicrómetros.<br />
Indicador líquido humedad<br />
6.10. Intercambiadores de calor<br />
El intercambiador de calor permite la transmisión de calor entre la<br />
tubería de líquido (fluido caliente) y la tubería de aspiración (fluido<br />
frío).<br />
Durante el funcionamiento, el refrigerante líquido de temperatura alta<br />
(antes de su entrada en la válvula de expansión) intercambia calor con<br />
el refrigerante gaseoso de temperatura baja (antes de ser enviado al<br />
compresor) produciéndose, por subenfriamiento del líquido, el<br />
recalentamiento de los gases (evaporándose las gotas de refrigerante).<br />
438
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Las funciones del intercambiador de calor son las siguientes:<br />
• Aumentar el coeficiente de transmisión de calor.<br />
• Asegurar la entrada únicamente de líquido subenfriado a la válvula<br />
de expansión.<br />
• Evitar la compresión húmeda.<br />
El intercambiador está formado interiormente por un tubo de cobre y<br />
aletas en espiral, por donde circula el líquido y el gas (disposición que<br />
permite aumentar la superficie de intercambio entre las dos fases). La<br />
circulación de los gases y el líquido será en sentido contrario.<br />
Exteriormente puede estar constituido por acero, cobre o latón.<br />
La capacidad del intercambiador depende de la superficie de intercambio<br />
y su selección es función de la potencia frigorífica de la máquina, la<br />
selección de un intercambiador de superficie inferior a la necesaria<br />
podría provocar recalentamiento y pérdida de carga elevadas en el<br />
circuito de aspiración.<br />
6.11. Purgadores<br />
Los circuitos de fluido frigorígeno, y especialmente las instalaciones que<br />
trabajan a presiones inferiores a la atmosférica, contienen en servicio<br />
gases no condensables (aire, compuestos gaseosos liberados por aceites…),<br />
que originan un aumento en la presión de descarga.<br />
Para eliminar estos gases del sistema se recurre a los purgadores:<br />
• Válvula de purga manual: Situada en la tubería de descarga antes de<br />
la entrada al condensador; se emplea en instalaciones pequeñas y<br />
tiene el inconveniente que al finalizar el proceso manual de purga<br />
se pierde parte del fluido refrigerante.<br />
• Válvula de purga automática: Tiene la ventaja respecto a la manual<br />
de poder recuperar el refrigerante arrastrado por los gases no<br />
condensables; se debe situar en todos aquellos puntos del sistema<br />
susceptibles de albergar gases no condensables, como a la entrada<br />
del condensador y en el recipiente de líquido, que suelen incorporar<br />
una toma específica.<br />
Mediante el enfriamiento se consigue la condensación del refrigerante,<br />
que va al fondo del purgador, y los gases no condensables se separan.<br />
439
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Purgador<br />
a) Entrada de mezcla fluido frigorígeno-gases no condensables, b) doble<br />
envolvente, c) toma unión evaporador-compresor, d) válvula de expansión<br />
de flotador para fluido condensado, e) purga de gases no condensados,<br />
f) tubo central.<br />
6.12. Drenaje<br />
Las tuberías y bandejas de drenaje se instalan con el fin de conducir y<br />
evacuar los condensados y goteos del evaporador.<br />
6.13. Cilindro de carga<br />
Para el llenado de refrigerante a los compresores herméticos y<br />
semiherméticos se emplean cilindros de carga; se trata de un dispositivo<br />
graduable para cada tipo de refrigerante que dispone de un manómetro,<br />
válvula de seguridad y válvula de carga.<br />
6.14. Equipo de vaciado y de carga<br />
El equipo de vaciado y carga está compuesto por: dosificador de<br />
refrigerante, bomba de vacío, vacuómetro y analizador. El procedimiento<br />
de vaciado y llenado de la instalación aparece descrito en el apartado 2.<br />
6.15. Suministro de energía y cableado de enlace<br />
Con el fin de entender el sistema de alimentación de energía a los<br />
distintos elementos del circuito así como los dispositivos de protección,<br />
resumiremos los conceptos fundamentales de la electricidad.<br />
Unidades eléctricas<br />
Voltio (V) es la diferencia de potencial eléctrico que existe entre dos<br />
puntos de un hilo conductor que transporta una corriente de intensidad<br />
440
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
constante de un amperio cuando la potencia disipada entre estos puntos<br />
es igual a 1 watio. Unidad de fuerza electromotriz.<br />
Amperio(A) es la intensidad de una corriente constante que<br />
manteniéndose en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud<br />
infinita, de sección circular despreciable y situados a una distancia de<br />
un metro uno de otro en el vacío, produciría una fuerza igual a 2·10-7<br />
newton por metro de longitud. Unidad de intensidad de corriente<br />
eléctrica.<br />
Watio (w) es la potencia que da lugar a una producción de energía igual<br />
a 1 julio por segundo. Unidad de potencia, flujo radiante.<br />
Un ohm ( ) es la resistencia eléctrica que existe entre dos puntos de un<br />
conductor cuando una diferencia de potencial constante de un voltio<br />
aplicada entre estos dos puntos produce, en dicho conductor, una<br />
corriente de intensidad un amperio, cuando no haya fuerza electromotriz<br />
en el conductor.<br />
Motores eléctricos: máquinas que convierten la energía eléctrica en<br />
mecánica; atendiendo al tipo de alimentación, se distinguen:<br />
- Motores de corriente alterna (monofásica o trifásica).<br />
- Motores de corriente continua (serie, derivación o compound).<br />
Rendimiento de un motor: relación entre la energía en el eje del motor<br />
(restando las pérdidas por rozamiento…) y la energía suministrada.<br />
Factor de potencia: la intensidad de corriente alterna lleva un desfase<br />
respecto a la tensión por lo que la potencia no es el producto de intensidad<br />
y tensión, incorporándose el término conocido por cos f.<br />
Dispositivos eléctricos:<br />
Relé de puesta en marcha y capacitador:<br />
Ambos dispositivos se emplean para la puesta en marcha del compresor;<br />
se pueden diferenciar dos sistemas teniendo en cuenta si las unidades<br />
van equipadas con tubo capilar o válvula de expansión:<br />
441
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
En el caso de motores de inducción monofásicos, el par de torsión de<br />
puesta en marcha se obtiene por la diferencia de fase creada por el<br />
capacitador (Cr )entre bobina principal y auxiliar.<br />
Encendido 2<br />
Encendido 1<br />
Utilizado en unidades equipadas con un tubo capilar<br />
Utilizado en las unidades equipadas con una válvula de expansión<br />
Las unidades equipadas con válvula de expansión necesitan un par de<br />
torsión más elevado para la puesta en marcha del compresor, por lo que<br />
se le añade al esquema de encendido 1 el capacitador de puesta en<br />
marcha. Cuando la velocidad de giro aumenta y el voltaje de la bobina<br />
auxiliar se incrementa hasta el voltaje de accionamiento, el contacto se<br />
abre.<br />
• Contactor: utilizado para la puesta en marcha de los motores de<br />
compresores y ventiladores. Cuando se suministra energía a la bobina<br />
A, se transforma en un imán atrayendo el núcleo B y haciendo que<br />
el contacto C se cierre.<br />
• Protector contra inversión de fase: evita el giro invertido del compresor.<br />
Si se cambian las conexiones de las fases de la fuente de alimentación<br />
principal se cambiaría el sentido de giro del compresor, éste aspirará<br />
el refrigerante a partir de la tubería de descarga enviándolo a la<br />
tubería de aspiración.<br />
442
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Protector contra inversión de fase<br />
• Protector interno: evita que se queme el motor del compresor. Cuando<br />
la temperatura de la bobina aumenta la pieza bimetálica se deforma<br />
abriéndose los contactos e interrumpiendo la alimentación al motor.<br />
Protector interno<br />
• Protector térmico del compresor: evita que el compresor se queme,<br />
detectando la temperatura del cabezal del compresor. Trabaja de<br />
forma similar al protector interno, cambiando la ubicación del<br />
interruptor. Cuando la temperatura del cabezal del compresor<br />
aumenta por encima de la temperatura ajustada, la pieza bimetálica<br />
del interruptor sujeto al cabezal se deforma, y los contactos eléctricos<br />
se abren, ocasionando la parada del motor.<br />
• Relé de sobreintensidad: instalado en el cuadro eléctrico, evita que<br />
los motores del ventilador y del compresor se quemen. Si la corriente<br />
es superior a la de ajuste, la pieza bimetálica del relé se deforma al<br />
calentarse, abriéndose los contactos y provocando la parada del motor.<br />
Relé de sobreintensidad:<br />
a) Terminal circuito de control, b) Contactos eléctricos, c) Palanca,<br />
d)Pieza bimetálica, e) Calentador, f) Terminal circuito principal<br />
443
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
• Termostato de protección contra la congelación: dispositivo que evita<br />
la congelación del intercambiador interno.<br />
• Temporizador de seguridad: conectado al circuito de control del<br />
compresor retarda el periodo de reinicio del compresor durante un<br />
cierto tiempo.<br />
Temporizador de seguridad<br />
• Conmutador: se emplea para convertir la corriente alterna en continua<br />
en los casos en los que los contactores magnéticos funcionen en<br />
corriente continúa.<br />
Conmutador<br />
• Varistor o varistancia: con el fin de proteger los microprocesadores,<br />
relés y demás componentes electrónicos de las tarjetas de circuitos<br />
impresos se emplea el varistor.<br />
• Transformador: los elementos de control se alimentan a distinto<br />
voltaje (12-24 V) que el resto de los componentes (220-380V). Para<br />
suministrar alimentación al control con el voltaje adecuado se emplean<br />
transformadores.<br />
444
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Diagrama de cableado<br />
a) Suministro de energía, b) Transformador, c) Contacto del protector<br />
térmico del compresor, d) Contacto del conmutador de presión alta,<br />
e) Relé de sobreintensidad, f) Contactor magnético, g) Conjunto rotativo,<br />
h)termostato.<br />
445
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
7. MATERIALES<br />
De acuerdo con lo dispuesto en el artículo 23 del Reglamento de Seguridad<br />
para Plantas e Instalaciones Frigoríficas, cualquier material empleado<br />
en la construcción e instalación de un equipo frigorífico debe ser resistente<br />
a la acción de las materias con las que entre en contacto, de forma que<br />
no pueda deteriorarse en condiciones normales de utilización, y, en<br />
especial, se tendrá en cuenta su resistencia a efectos de su fragilidad a<br />
baja temperatura.<br />
Empleo de metales no férricos y sus aleaciones.<br />
Conforme a lo previsto en el párrafo anterior, queda prohibido el uso<br />
de los siguientes metales y sus aleaciones:<br />
a) El cobre con el amoníaco y el formiato de metilo. Las aleaciones de<br />
cobre (por ejemplo, latón, bronce) pueden utilizarse después de un<br />
minucioso examen de su compatibilidad con los materiales con que<br />
puedan estar en contacto.<br />
b) El aluminio con el cloruro de metilo.<br />
c) El magnesio, salvo en casos especiales en que se utilicen aleaciones<br />
de bajo porcentaje del mismo. En estos casos se comprobarán<br />
minuciosamente, antes de su empleo, sus resistencias a los productos<br />
con los que vayan a entrar en contacto.<br />
d) El zinc con el amoníaco, cloruro de metilo y fluidos frigorígenos<br />
clorados.<br />
e) El plomo con los fluidos frigorígenos fluorados, salvo en la construcción<br />
de juntas.<br />
f) El estaño y las aleaciones plomo-estaño con hidrocarburos fluorados,<br />
cuando se prevean temperaturas de servicio inferiores a -10º C.<br />
g) Las aleaciones de estaño para soldaduras blandas a temperaturas de<br />
servicio inferiores a -10º C. Se podrán utilizar a otras temperaturas<br />
siempre y cuando vayan a estar sometidas a tensiones mecánicas<br />
pequeñas.<br />
Los componentes de las aleaciones para soldadura fuerte se examinarán<br />
en función de su compatibilidad con los fluidos frigorígenos.<br />
7.1. Tipos y designación comercial; condiciones<br />
de utilización y aplicaciones<br />
Tuberías de cobre en rollos, rígida y capilar<br />
En las instalaciones frigoríficas normalmente se asocia el fluido frigorígeno<br />
446
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
con los materiales constituyentes como tuberías y accesorios; para fluidos<br />
clorofluorados se emplea el cobre, y en instalaciones de amoniaco se<br />
emplea el acero. La primera asociación es siempre válida con<br />
independencia de la potencia del sistema, por el contrario, en instalaciones<br />
comerciales, para las tuberías de líquido de alta presión en instalaciones<br />
industriales, las tuberías de baja presión hasta 2 5/8’’ y en las ejecutadas<br />
en forma de monobloque condensadas por agua se emplea cobre,<br />
utilizando acero en el resto de instalaciones industriales.<br />
Las tuberías de cobre para las instalaciones frigoríficas tienen que estar<br />
recocidas, limpias y secas, en todo momento. Durante el suministro y la<br />
ejecución de la instalación se taparán los extremos de las tuberías de<br />
forma que queden limpios y sin humedad.<br />
Las principales características y ventajas de la tubería de cobre son:<br />
- Resistencia a la corrosión.<br />
- Se fabrican sin costura.<br />
- Continuidad de flujo.<br />
- Facilidad de unión.<br />
- Fácil de cortar y de soldar.<br />
Las tuberías se instalarán de forma ordenada, disponiéndolas, siempre<br />
que sea posible, paralelamente a tres ejes perpendiculares entre sí y<br />
paralelos a los elementos estructurales del edificio, salvo las pendientes<br />
que deben darse a los elementos horizontales.<br />
La separación entre la superficie exterior del recubrimiento de una<br />
tubería y cualquier otro elemento será tal que permita la manipulación<br />
y el mantenimiento del aislante térmico, si existe, así como de válvulas,<br />
purgadores, aparatos de medida y control, etc.<br />
El órgano de mando de las válvulas no deberá interferir con el aislante<br />
térmico de la tubería. Las válvulas roscadas y las de mariposa deben estar<br />
correctamente acopladas a las tuberías, de forma que no haya interferencia<br />
entre éstas y el obturador.<br />
La alineación de las canalizaciones en uniones, cambios de sección y<br />
derivaciones se realizará sin forzar las tuberías, empleando los<br />
correspondientes accesorios o piezas especiales.<br />
Para la realización de cambios de dirección se utilizarán preferentemente<br />
piezas especiales, unidas a las tuberías mediante rosca, soldadura, encolado<br />
o bridas.<br />
El radio de curvatura será el máximo que permita el espacio disponible.<br />
Las derivaciones deben formar un ángulo de 45 grados entre el eje del<br />
ramal y el eje de la tubería principal. El uso de codos o derivaciones con<br />
447
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U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
ángulos de 90 grados está permitido solamente cuando el espacio<br />
disponible no deje otra alternativa o cuando se necesite equilibrar un<br />
circuito.<br />
Dn<br />
Normalizado<br />
Tubería de cobre en rollos<br />
TUBERÍA COBRE ROLLOS BLANDO<br />
DN ext<br />
(mm) esp (mm) DN int (mm)<br />
3/16’’ 4,76 0,71 3,34<br />
1/4’’ 6,35 0,76 4,83<br />
5/16’’ 7,94 0,76 6,42<br />
3/8’’ 9,52 0,81 7,90<br />
1/2’’ 12,70 0,81 11,08<br />
5/8’’ 15,87 0,81 11,08<br />
3/4’’ 19,05 0,89 17,27<br />
7/8’’ 22,22 0,89 20,44<br />
1’’ 25,40 1,02 23,26<br />
Tubería de cobre rígida<br />
Dn<br />
TUBERÍA COBRE RIGIDO<br />
DN ext<br />
Normalizado (mm) esp (mm) DN int (mm)<br />
5/8’’ 15,87 0,76 14,35<br />
3/4’’ 19,05 0,81 17,43<br />
7/8’’ 22,22 0,81 20,60<br />
1’’ 25,40 0,89 23,62<br />
1 1/8’’ 28,57 0,89 26,79<br />
1 3/8’’ 34,92 1,07 32,78<br />
1 5/8’’ 41,27 1,27 38,73<br />
2 1/8’’ 53,97 1,50 50,97<br />
2 5/8’’ 66,67 1,65 63,37<br />
Tubería de cobre capilar<br />
Comercialmente los tubos de cobre capilar se suministran en los siguientes<br />
diámetros y espesores:<br />
TUBO CAPILAR DE COBRE<br />
mm mm<br />
0,8 2<br />
1 2<br />
1,25 2,45<br />
1,5 2,45<br />
2 3<br />
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U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
La tubería de cobre capilar se emplea en instalaciones de pequeña<br />
potencia, para efectuar la función de válvula de expansión y para el<br />
conexionado de presostatos, manómetros… tal y como se explica en el<br />
apartado 5.4. ‘’Dispositivos de seguridad y regulación y en el 2.3’’<br />
Instrumentos de medición’’.<br />
Tuberías de acero con y sin soldadura<br />
Atendiendo al Reglamento de Seguridad para Plantas e Instalaciones<br />
Frigoríficas los tubos de material férrico empleados en la construcción<br />
de elementos del equipo frigorífico o en conexiones y tuberías de paso<br />
de refrigerante deberán ser siempre de acero estirado, no estando<br />
permitido el uso de tubo de acero soldado longitudinalmente.<br />
Excepcionalmente, la Dirección General de Industrias Alimentarias y<br />
Diversas podrá autorizar el empleo de otros tipos de tubo de acero,<br />
siempre que su utilización esté debidamente justificada.<br />
Las tuberías de acero con y sin soldadura se fabrican de acero al carbono<br />
o de aleación, de acuerdo con los distintos procedimientos de producción.<br />
TUBERÍA ACERO<br />
Dn Normalizado DN ext (mm) esp (mm) DN int (mm)<br />
1/8’’ 10,2 2 6,2<br />
3/4’’ 13,5 2,35 8,8<br />
3/8 17,2 2,3 12,6<br />
1/2 21,3 2,6 16,1<br />
3/4 26,9 2,6 21,7<br />
1 33,7 3,2 27,3<br />
1 1/4 42,4 3,2 36<br />
1 1/2 48,3 3,2 41,9<br />
2 60,3 3,6 53,1<br />
2 1/2 76,1 3,6 68,9<br />
3 88,9 4 80,9<br />
4 114,3 4,5 105,3<br />
5 139,7 5 129,7<br />
6 165,3 5 155,3<br />
Uniones, manguitos, conexiones y elementos de fijación<br />
Según el tipo de tubería empleada y la función que ésta deba cumplir,<br />
las uniones pueden realizarse por soldadura, rosca, brida, compresión<br />
mecánica. Los extremos de las tuberías se prepararán de forma adecuada<br />
al tipo de unión que se debe realizar.<br />
Antes de efectuar una unión, se repasarán y limpiarán los extremos de<br />
los tubos para eliminar las rebabas y cualquier otra impureza que pueda<br />
haberse depositado en el interior o en la superficie exterior, utilizando<br />
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U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
los productos recomendados por el fabricante. La limpieza de las<br />
superficies de las tuberías de cobre y de materiales plásticos debe realizarse<br />
de forma esmerada, ya que de ella depende la estanquidad de la unión.<br />
Las tuberías se instalarán siempre con el menor número posible de<br />
uniones; en particular, no se permite el aprovechamiento de recortes de<br />
tuberías en tramos rectos.<br />
Entre las dos partes de las uniones se interpondrá el material necesario<br />
para la obtención de una estanqueidad perfecta y duradera, a la<br />
temperatura y presión de servicio.<br />
Cuando se realice la unión de dos tuberías, directamente o a través de<br />
un accesorio, aquellas no deben forzarse para conseguir que los extremos<br />
coincidan en el punto de acoplamiento, sino que deben haberse cortado<br />
y colocado con la debida exactitud.<br />
No deberán realizarse uniones en el interior de los manguitos que<br />
atraviesen muros, forjados u otros elementos estructurales.<br />
Los cambios de sección en las tuberías horizontales se efectuarán con<br />
manguitos excéntricos y con los tubos enrasados por la generatriz superior<br />
para evitar la formación de bolsas de aire.<br />
En las derivaciones horizontales realizadas en tramos horizontales se<br />
enrasarán las generatrices superiores del tubo principal y del ramal.<br />
Las conexiones soldables para unir tubería de cobre son fabricadas de<br />
tal manera que permiten, una vez ensambladas, tener juego de muy<br />
pocas milésimas, sólo el necesario para realizar el proceso de soldadura<br />
capilar. Todas las conexiones cuentan con un tope o asiento en su interior,<br />
que permite introducir el extremo del tubo de cobre, no dejando ningún<br />
espacio muerto que pudiera crear turbulencias en los fluidos.<br />
Todas las conexiones soldables vienen grabadas en los extremos, con la<br />
medida del diámetro nominal de entrada. Las conexiones soldables se<br />
fabrican de diferentes materiales: cobre, bronce y latón. La gama de<br />
conexiones es muy variada. Las conexiones de cobre son las más<br />
recomendables para unir tuberías de cobre, puesto que son del mismo<br />
metal y tienen las mismas características. Se fabrican codos de 90º y de<br />
45º, tees, sifones, etc.<br />
Las conexiones de bronce son una aleación de cobre, zinc, estaño y<br />
plomo. Son piezas fundidas y posteriormente maquinadas, por lo que su<br />
superficie exterior es rugosa. Se fabrican también roscables, además de<br />
soldables, en variedades como codos, tees, reducciones, tapones,<br />
conectores, tuerca unión, etc.<br />
Las conexiones de latón son aleaciones de cobre y zinc y piezas forjadas.<br />
Por lo regular, tienen un extremo soldable y uno roscado, para unir una<br />
pieza roscable con un tubo de cobre. Comercialmente, se identifican<br />
450
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
nombrando primero la unión soldable y luego la roscable. Todos los<br />
tipos de conexiones antes mencionados, se pueden obtener fácilmente<br />
en el mercado, y para identificarlas existe una manera comercial,<br />
dependiendo del tipo y del diámetro nominal. Normalmente, una<br />
conexión que tiene el mismo diámetro en todos sus extremos, se nombra<br />
por su medida nominal. En el caso de conexiones con rosca, se debe<br />
indicar claramente el lado roscable y el tipo de rosca (interior o exterior).<br />
Para las conexiones soldables con reducción, se da primero el diámetro<br />
mayor y luego el menor, como en el caso de codos reducidos. Las tees<br />
reducidas, tomando en cuenta que tienen dos lados en línea recta, se<br />
nombra primero el de mayor diámetro, luego el extremo opuesto y<br />
finalmente el diámetro del centro.<br />
Para fijar las tuberías se emplean abrazaderas aisladas, de forma que no<br />
se produzca una pérdida de carga en el sistema. Comercialmente se<br />
suministran abrazaderas para todos los diámetros nominales tanto de<br />
cobre como de acero empleados en refrigeración.<br />
Proceso de Soldadura Capilar<br />
Abrazaderas con aislamiento<br />
Soldadura para cobre/cobre<br />
La unión de tubería de cobre y conexiones soldables, se hace por medio<br />
de "soldadura capilar". Este tipo de soldadura se basa en el fenómeno<br />
físico de la capilaridad, que se define como sigue: cualquier líquido que<br />
moje un cuerpo sólido, tiende a deslizarse por la superficie del mismo,<br />
independientemente de la posición en que se encuentre. Al realizar una<br />
soldadura, se calientan el tubo y la conexión hasta alcanzar la temperatura<br />
de fusión de la soldadura, la cual correrá por el espacio entre el tubo y<br />
la conexión, cualquiera que sea la posición que éstos tengan.<br />
451
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Tipos de Soldadura<br />
En general, podemos decir que las soldaduras son aleaciones de dos o<br />
más metales en diferentes proporciones. Las soldaduras deben fundir a<br />
temperaturas menores que las piezas metálicas a unir. Aunque existen<br />
muchos tipos de soldaduras, en este punto analizaremos las que sirven<br />
para unir tuberías y conexiones de cobre o aleaciones de éste.<br />
La unión de tuberías de cobre se realiza por medio de dos tipos de<br />
soldaduras: blandas y fuertes, según sea el caso.<br />
Estas soldaduras son:<br />
• Soldaduras Blandas - Son todas aquellas que tienen su punto de<br />
fusión abajo de 450ºC. Se utilizan principalmente en instalaciones<br />
hidráulicas en los desagües de los evaporadores, ya que no es<br />
recomendable someterlas a alta presión. Existen tres de uso común<br />
y se emplean de acuerdo al fluido. Con refrigerantes del grupo<br />
primero podrán hacerse por soldadura blanda.<br />
• Soldaduras Fuertes - Estas se dividen en dos clases: las que contienen<br />
plata y las que contienen cobre y fósforo. Estos tipos de soldaduras<br />
tienen puntos de fusión mayores de 430ºC, y son las recomendadas<br />
para instalaciones de sistemas de refrigeración, aunque se prefieren<br />
las de cobre y fósforo para unir tuberías y conexiones de cobre. Con<br />
refrigerantes del grupo segundo y tercero deben emplearse siempre<br />
soldaduras del tipo fuerte.<br />
El fósforo en este tipo de soldaduras, actúa como un agente fundente,<br />
y éstas son de menor costo que las de alto contenido de plata, por lo que<br />
en ocasiones, no se requiere aplicar fundente. En las soldaduras de plata,<br />
la aleación varía desde un 5% hasta un 60% de plata, y su punto de fusión<br />
depende de esta aleación. Por ejemplo, una soldadura con 5% de plata<br />
funde a 675ºC, y con 15% de plata funde a 640ºC. Las soldaduras de<br />
cobre y fósforo, tienen puntos de fusión mayores (700ºC) y alta resistencia<br />
a la tensión (2,800kg/cm2 ). Existen soldaduras de cobre fosforado con<br />
contenido de 5% de plata, lo que le da mayor resistencia (más de 2,900<br />
kg/cm2 ).<br />
La selección de una soldadura fuerte, depende de cuatro factores<br />
principales:<br />
• Dimensiones y tolerancias de la unión.<br />
• Tipo y material de la conexión (fundida o forjada).<br />
• Apariencia deseada.<br />
• Coste.<br />
Las soldaduras fuertes tienen la ventaja de que se pueden unir metales<br />
similares y diferentes a temperaturas relativamente bajas.<br />
452
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Fundente<br />
El fundente tiene una función muy apropiada. Debe disolver o absorber<br />
los óxidos, tanto en la superficie del metal, como en la superficie de la<br />
soldadura, los cuales se forman durante el calentamiento. Para lograr<br />
esto, debe adherirse tan ligeramente a la superficie metálica, que la<br />
soldadura pueda sacarla de allí conforme avanza sobre la superficie. El<br />
fundente no limpia el metal. Lo mantiene limpio, una vez que se ha<br />
removido la suciedad y el óxido. Al aplicar cualquiera de las soldaduras<br />
blandas, es indispensable utilizar fundente. El fundente debe ser<br />
anticorrosivo o exclusivo para soldar tubería de cobre. Debe agitarse<br />
antes de usarlo. Debe aplicarse una capa delgada y uniforme con una<br />
brocha o cepillo, tanto al tubo como a la conexión. Debe evitarse aplicarlo<br />
con los dedos, ya que los compuestos químicos del fundente, pueden<br />
ser dañinos si llegan a los ojos o una herida abierta. Los fundentes para<br />
soldaduras fuertes, son diferentes en composición que los de soldaduras<br />
blandas. No pueden y no deben intercambiarse. Los fundentes para<br />
soldaduras fuertes son a base de agua. El fundente puede ser una fuente<br />
de corrosión en un sistema. Debe evitarse que entre en él.<br />
Existen ciertos tipos de soldaduras, que en su interior contienen resina<br />
(alma ácida); sin embargo, estas soldaduras no son recomendadas para<br />
unir tuberías de cobre, pues el poder humectante del fundente que<br />
contienen, no es suficiente, ya que viene en mínimas proporciones,<br />
además de contener ácido.<br />
Soplete<br />
Cuando se va a unir una tubería de cobre regida por medio de una<br />
conexión, es necesario aplicar calor. Este calor lo proporciona una llama<br />
lo suficientemente intensa, que al aplicarla al tubo, la soldadura se derrita<br />
al contacto. El instrumento que proporciona este calor es el soplete, el<br />
cual puede ser de diferentes combustibles: gasolina, propano, gas natural,<br />
oxi-acetileno, etc. La llama de un soplete tiene dos coloraciones, que<br />
corresponden a diversos grados de calor. La llama amarilla es luminosa<br />
pero no muy calorífica. Al abrir poco a poco el spray, pasa más mezcla<br />
gas-aire si hay suficiente presión, desaparece la llama amarilla para<br />
convertirse en azul, que es más calorífica; y a medida que el spray se abra<br />
más, se intensifica el calor. Ya sea que el combustible sea acetileno,<br />
propano o gas natural.<br />
Hay tres tipos básicos de llamas que se producen, cuando se mezclan<br />
con el oxígeno en el soplete:<br />
• Llama Neutral. Es la que tiene en medio un pequeño cono azul. Esta<br />
llama típicamente es la más caliente, y se utiliza cuando se requiere<br />
aplicar calor en un solo punto específico.<br />
453
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
• Llama Oxidante. Ésta se produce cuando hay presente más oxígeno<br />
del necesario, para la combustión completa del gas. Se caracteriza<br />
porque el cono azul es el más corto, cuando se usa acetileno con<br />
oxígeno. Otra característica es el sonido áspero que hace el soplete,<br />
debido al exceso de oxígeno. Este tipo de llama no se recomienda<br />
para soldar; el exceso de oxígeno, contribuye a la oxidación de los<br />
metales.<br />
• Llama Reductora. También llamada carburante, es la contraria a la<br />
llama oxidante. Esta llama tiene una proporción tal de gas-oxígeno<br />
que, hay presente un exceso de gas combustible. Se caracteriza por<br />
tener el cono azul más grande que el de la llama oxidante, con un<br />
cono suave y blanco alrededor del azul. Es la llama predominantemente<br />
recomendada para soldar. La llama reductora ofrece varias ventajas.<br />
Primera, realmente ayuda a eliminar el óxido de la superficie de los<br />
metales. Segunda, calienta de manera más uniforme, ya que "envuelve"<br />
al tubo. Esto se logra aplicando la llama de tal manera que la punta<br />
del cono blanco apenas toque el tubo. Tercera, se reduce el riesgo<br />
de sobrecalentar más en un solo punto, como con las otras llamas.<br />
Hay diferencias de temperaturas entre los diferentes tipos de llamas,<br />
al igual que en los diferentes gases combustibles, Se recomienda que<br />
para soldar tubos hasta de 1", no se empleé una llama demasiado<br />
fuerte, pues el calentamiento de la unión sería demasiado rápido y<br />
no se podría controlar fácilmente, con el peligro de una evaporación<br />
inmediata del fundente y oxidación del cobre, lo que impide que<br />
corra la soldadura. En medidas mayores de 1", puede emplearse una<br />
llama intensa, pues aquí no existe ese peligro. En diámetros de 3" a<br />
4", será conveniente aplicar más calor.<br />
Antes de todo, se debe tener la certeza del uso que va a tener la tubería,<br />
para saber el tipo de soldadura y de fundente que se va a emplear. Como<br />
ya mencionamos, existen soldaduras blandas a base de estaño y plomo<br />
y soldaduras fuertes de cobre y fósforo, y de aleaciones de plata. Las<br />
soldaduras blandas tienen puntos de fusión menores de 430ºC, y las<br />
soldaduras fuertes tienen puntos de fusión mayores de 430ºC. Las primeras<br />
se usan en instalaciones hidráulicas y las otras en el sistema de refrigeración.<br />
La teoría básica y técnica de soldado, son las mismas para todos los<br />
diámetros. Las variables son: las cantidades requeridas de tiempo, calor<br />
y soldadura, para completar una unión designada. Una buena unión es<br />
el producto de un técnico bien capacitado, que conoce y respeta los<br />
materiales y métodos que utiliza. Los pasos básicos en el proceso de<br />
soldadura son los siguientes:<br />
• Medición. La medición del largo del tubo debe ser precisa. Si el tubo<br />
es muy corto, no alcanzará a llegar al tope de la conexión, y no se<br />
podrá hacer una unión adecuada.<br />
454
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
• Corte. El corte de un tubo puede hacerse de diferentes maneras,<br />
para obtener un corte a escuadra satisfactorio. El tubo puede ser<br />
cortado con un cortatubo, con disco abrasivo o con sierra cinta.<br />
Independientemente del método de corte que se utilice, el corte<br />
debe ser a escuadra, para que se pueda tener un asiento perfecto<br />
entre el extremo del tubo y el tope de la conexión, evitando fugas<br />
de soldadura. Se debe tener cuidado de no deformar el tubo mientras<br />
se está cortando.<br />
• Rimado. La mayoría de los métodos de corte, dejan rebabas en el<br />
extremo del tubo. Si éstas no se remueven, puede ocurrir erosión y<br />
corrosión, debido a la turbulencia y a la velocidad en el tubo. Las<br />
herramientas que se usan para rimar los extremos de los tubos son<br />
varias. Los cortatubos tienen una cuchilla triangular; se puede usar<br />
una navaja de bolsillo o una herramienta adecuada, como el rimador<br />
en forma de barril, el cual sirve para rimar el tubo por dentro y por<br />
fuera. Con tubo de cobre flexible se debe tener cuidado de no ejercer<br />
demasiada presión, para no deformarlo. Un tramo de tubo rimado<br />
apropiadamente tendrá una superficie suave para un mejor flujo.<br />
• Limpieza. La limpieza se hace fácil y rápida. Para que la soldadura<br />
fluya adecuadamente es crucial que se remueva el óxido y la suciedad.<br />
Si esto no se hace, el óxido y la suciedad de la superficie pueden<br />
interferir con la resistencia de la unión y causar una falla. La limpieza<br />
mecánica es una operación simple. El extremo del tubo deberá<br />
limpiarse utilizando lija de esmeril, lana de acero o fibra de nylon,<br />
en una distancia ligeramente mayor que la profundidad de la conexión.<br />
También deberá limpiarse la conexión por dentro, utilizando lija o<br />
cepillo de alambre del tamaño apropiado. Deben tenerse las mismas<br />
precauciones que con el tubo. El cobre es un metal suave; si remueve<br />
demasiado material, quedará floja la conexión, interfiriendo con la<br />
acción capilar al soldar. El espacio capilar entre el tubo y la conexión,<br />
es aproximadamente de 4 milésimas de pulgada (0.004"). La soldadura<br />
puede llenar este espacio por acción capilar. Este espacio es crítico<br />
para que la soldadura fluya y forme una unión fuerte. Se pueden<br />
utilizar limpiadores químicos, siempre y cuando se enjuaguen<br />
completamente la conexión y el tubo, de acuerdo con las<br />
recomendaciones del fabricante del limpiador. Esto neutralizará<br />
cualquier condición ácida que pueda existir. Las superficies, una vez<br />
limpias, no deberán tocarse con las manos o guantes grasosos. Los<br />
aceites de la piel o lubricantes y la grasa, pueden impedir que la<br />
soldadura fluya y humedezca el tubo.<br />
• Rangos de Temperatura. Hasta este punto, los pasos para el proceso<br />
de soldadura son los mismos para soldaduras blandas y fuertes; la<br />
selección de uno u otro tipo, dependerá de las condiciones de<br />
455
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
operación. En la práctica real, la soldadura blanda se aplica a<br />
temperaturas entre 175ºC y 290ºC, mientras que la soldadura fuerte<br />
se hace a temperaturas de entre 590ºC y 850ºC.<br />
• Aplicación del Fundente. Para soldaduras blandas, decíamos que es<br />
indispensable el uso de fundente. En las soldaduras fuertes, algunas<br />
no requieren el uso de fundente para soldar cobre a cobre; en uniones<br />
de cobre a bronce y cobre a latón, sí se requiere fundente, al igual<br />
que en soldaduras con aleaciones de plata. Los fundentes para<br />
soldaduras blandas son diferentes en su composición, a los de<br />
soldaduras fuertes, y no deben intercambiarse. La función del fundente<br />
se explicó en el párrafo correspondiente. Se debe aplicar una capa<br />
delgada y uniforme, con un cepillo o brocha, tanto a la parte exterior<br />
del tubo como al interior de la conexión.<br />
• Ensamble. Después de haber limpiado ambas superficies, y aplicado<br />
el fundente en forma adecuada, se deben ensamblar colocando la<br />
conexión sobre el tubo, asegurándose que el tubo siente bien contra<br />
el tope de la conexión. Se recomienda hacer un ligero movimiento<br />
giratorio hacia uno y otro lado, para asegurar la distribución uniforme<br />
de la pasta fundente. Retirar el exceso de fundente con un trapo o<br />
estopa de algodón. Si se van a efectuar varias soldaduras en una<br />
misma instalación, se recomienda preparar todas las de un mismo<br />
día de trabajo. Se debe tener cuidado para asegurarse de que las<br />
conexiones y tubos estén adecuadamente soportados, con un espacio<br />
capilar razonable y uniforme alrededor de la circunferencia completa<br />
de la unión. Esta uniformidad del espacio capilar asegurará una<br />
buena penetración de la soldadura. Un espacio excesivo en la unión<br />
puede provocar que la soldadura se agriete bajo una fuerte tensión<br />
o vibración.<br />
• Calentamiento. En este paso deben observarse las precauciones<br />
necesarias, debido a que se usan llama abierta y alta temperatura,<br />
unidas a la flamabilidad de los gases. El calor, generalmente, se aplica<br />
con un soplete, aunque también se pueden utilizar tenazas eléctricas.<br />
Los sopletes para soldaduras blandas comúnmente operan a base de<br />
una mezcla de aire con algún combustible, tal como gasolina, acetileno<br />
o algún gas natural. Los sopletes para soldaduras fuertes utilizan una<br />
mezcla de oxígeno y algún combustible, debido a las altas temperaturas<br />
requeridas; el combustible puede ser cualquier gas natural o acetileno.<br />
Recientemente, se han hecho innovaciones en las boquillas para<br />
aire/combustible, y ahora se pueden utilizar éstas en una más amplia<br />
variedad de tamaños, tanto para soldaduras blandas como para fuertes.<br />
La operación de calentamiento empieza con un "precalentamiento",<br />
que se hace con la llama perpendicular al tubo, cerca de la entrada<br />
de la conexión. Este precalentamiento, conducirá el calor inicial<br />
456
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
hacia el interior de la conexión, para una distribución pareja por<br />
dentro y por fuera. El precalentamiento depende del diámetro de la<br />
unión; la experiencia le indicará el tiempo apropiado. La llama deberá<br />
moverse ahora hacia la conexión y luego hacia el tubo, en una<br />
distancia igual a la profundidad del conector. Se toca la unión con<br />
la soldadura; si no se funde, se retira y se continúa el proceso de<br />
calentamiento. Hay que tener cuidado de no sobrecalentar, ni de<br />
dirigir la llama al interior de la conexión. Esto puede quemar el<br />
fundente y destruir su efectividad. Cuando se ha alcanzado la<br />
temperatura de fusión, se puede aplicar calor a la base de la conexión,<br />
para ayudar en la acción capilar.<br />
• Aplicación de la Soldadura: Cuando se ha alcanzado la temperatura<br />
adecuada, si el tubo está en posición horizontal, se comienza a aplicar<br />
la soldadura en un punto como en el 4 de un reloj. Se continúa en<br />
el 8, y luego en el 12. Se regresa al 6, luego al 10, y finalmente al 2.<br />
La soldadura fundida será "jalada" hacia el interior de la conexión<br />
por la acción capilar, sin importar si ésta es alimentada hacia arriba,<br />
hacia abajo o en forma horizontal. En diámetros de tubería grandes,<br />
es recomendable golpetear levemente con un martillo en la conexión,<br />
mientras se está soldando, para romper la tensión superficial y que<br />
la soldadura se distribuya uniformemente en la unión. Hay que<br />
recordar que la soldadura se debe fundir con el calor del metal. No<br />
con la llama del soplete. Es muy importante que la llama esté en<br />
movimiento continuo, y no debe permitirse que permanezca<br />
demasiado en un punto como para que queme el tubo o la conexión.<br />
Cuando se haya completado el proceso de soldadura, deberá quedar<br />
visible un anillo continuo alrededor de la unión. Si la soldadura falla<br />
en fluir o tiende a «hacerse bolas», indica que hay oxidación sobre<br />
las superficies metálicas, o el calor es insuficiente en las partes a unir.<br />
Si la soldadura no entra en la unión y tiende a fluir sobre el exterior<br />
de cualquiera de las partes, indica que esa parte está sobrecalentada<br />
o que a la otra parte le hace falta calor.<br />
• Enfriamiento y Limpieza: Después de que se ha terminado la unión,<br />
es mejor dejar enfriar de forma natural. Un enfriamiento brusco,<br />
puede causar un esfuerzo innecesario en la unión, y eventualmente,<br />
una falla. Si la soldadura es blanda, el exceso de fundente debe<br />
limpiarse con un trapo de algodón húmedo. Si la soldadura es fuerte,<br />
los residuos de fundente se deben remover lavando con agua caliente<br />
y cepillando, con cepillo de alambre de acero inoxidable.<br />
Si las partes a unir están adecuadamente preparadas, apropiadamente<br />
calentadas y si se usa la soldadura correcta, la unión final debe ser sana<br />
y firme. Los sistemas con tubería de cobre, cuando son instalados<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
adecuadamente, proporcionarán años de servicio confiable y seguro.<br />
Con un entrenamiento adecuado sobre las técnicas de instalación<br />
correctas, como las expuestas aquí, el técnico alcanzará la habilidad de<br />
realizar uniones confiables y consistentes en todos los diámetros.<br />
Aislantes térmicos<br />
Con el fin de proteger las instalaciones contra la disipación de energía,<br />
se emplean materiales aislantes.<br />
Los materiales aislantes son malos conductores del calor, tienen la<br />
característica de estar formados por celdillas o células cerradas que<br />
contienen aire seco o en reposo u otros gases con coeficientes de<br />
conductividad térmica muy reducida. La efectividad del material aislante<br />
provoca un ahorro energético en la instalación, ya que aislar de forma<br />
adecuada los elementos portadores de energía, ocasiona una reducción<br />
en las pérdidas, evita las condensaciones y facilita el mantenimiento de<br />
la temperatura en el interior de la cámara o tubería.<br />
Las cualidades de los materiales empleados como aislamientos térmicos<br />
en los sistemas de refrigeración proporcionan, además:<br />
• Seguridad, evitando el riesgo de quemaduras al no permitir el contacto<br />
con superficies excesivamente frías o calientes.<br />
• Disminución del ruido.<br />
• Retardo de la propagación de llamas<br />
Los materiales aislantes deben cumplir las siguientes características:<br />
• Presentar baja conductividad térmica.<br />
• Baja higroscopicidad.<br />
• Imputrescible.<br />
• Inodoro, con el fin de no transmitir olores a los alimentos contenidos<br />
en las cámaras frigoríficas.<br />
• No servir como alimento a parásitos.<br />
• Neutros químicamente frente a los otros materiales que deban estar<br />
en contacto con él.<br />
• Presentar resistencia a la compresión y a la tracción (cargas presentes<br />
en la formación de las cámaras).<br />
• Impermeable al agua, de modo que no puedan formarse vapor de<br />
agua o congelación de agua en el interior del aislante.<br />
• Presentar un comportamiento plástico, para adaptarse a la obras sin<br />
romperse.<br />
458
ORIGEN<br />
ESTRUCTURA<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Los aislantes pueden clasificarse según diversos criterios:<br />
Minerales<br />
Sintéticos<br />
Vegetales<br />
Animal<br />
Pulverulentos<br />
Fibrosos<br />
Espumas<br />
CLASIFICACIÓN AISLAMIENTOS<br />
Fibra de vidrio<br />
Lana de roca<br />
Vidrio expandido o celular<br />
Espuma de vidrio<br />
Espumas de PVC<br />
Espumas de Poliestireno (expandido o extruído)<br />
Espumas de Poliuretano<br />
Corcho<br />
Fibras de madera<br />
Fieltro<br />
Lana<br />
Seda<br />
Crin animal<br />
Corcho<br />
Diatomeas<br />
Kieselguhr<br />
Perlita<br />
Vermiculitas<br />
Fibra de vidrio<br />
Lanas minerales<br />
Lanas de animales y vegetales<br />
Refractarios (más de 800ºC)<br />
TEMPERATURA Semirrefractarios (fibras cerámicas)<br />
Ordinarios (menos de 800ºC)<br />
Hormigones celulares<br />
De origen sintético con células abiertas o cerradas<br />
y aglomerantes<br />
Los materiales actuales utilizados como asilamiento, se basan en la<br />
formación de un material formado principalmente por aire, encerrado<br />
en las celdillas de materiales de baja densidad, intentando aproximar<br />
con bajas densidades al del aire.<br />
459
Identificación<br />
Urea<br />
formaldehído<br />
Ebonita<br />
expandida<br />
Pliestireno<br />
expandido<br />
Corcho<br />
secado<br />
PVC<br />
expandido<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Propiedades materiales de los aislantes utilizados en superficies plana:<br />
Forma<br />
física<br />
Rígida<br />
Estructura<br />
Máxima<br />
temperatura<br />
admisible (ºC)<br />
460<br />
Peso específico<br />
aproximado<br />
(Kg/m 3 )<br />
Conductividad<br />
térmica a la<br />
temperatura media<br />
(Kcal./hm 20 C)<br />
Celular 49 12,8 0,022 a 24<br />
Celular 50 64<br />
0,024 a 0<br />
0,013 a -129<br />
Celular 76-79 16-32 0,024-0,028 a 0<br />
Celular 65 112,1-192,2 0,032-0,034 a 0<br />
Celular 65 64-112 0,029 a 0<br />
Poliurretano Celular 149 32-40 0,029 a 0<br />
Vidrio celular Rígida Celular 427 128,1-160,2 0,043 a -18<br />
Lana de vidrio<br />
Fibrosa 402-537 8-112 0,029-0,031 a 38<br />
Lana de roca Fibrosa 593 16-160 0,026 a 0<br />
Lana de<br />
escorias<br />
Relleno<br />
suelto<br />
Fibrosa 649-815 48-112 0,038 a -5,6<br />
Sílice aerogel<br />
Granular 704 80<br />
0,018 a -15,5<br />
0,013 a -101<br />
Perlita<br />
expandida<br />
PVC<br />
Flexible<br />
Granular<br />
Celular<br />
871<br />
65<br />
48<br />
64-112<br />
0,031 a 10<br />
0,029<br />
Poliuretano<br />
Celular 140 32-48 0,032 a 10
Identificación<br />
Poliestireno<br />
expandido<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
∑Propiedades materiales de los aislantes utilizados en tuberías:<br />
Forma<br />
física<br />
Estructura<br />
Máxima<br />
temperatura<br />
admisible<br />
(ºC)<br />
Aislantes acústicos<br />
Se emplean aislantes acústicos para atenuar el nivel de ruido emitido<br />
por las unidades, atenuando el paso de ruido entre ambientes distintos.<br />
La función de los materiales aislantes acústicos es reflejar la mayor parte<br />
de la energía que reciben; deben ser materiales pesados, flexibles y<br />
continuos para obtener el máximo rendimiento de su peso.<br />
Materiales empleados como aislantes acústicos:<br />
Lana de vidrio.<br />
Lana de roca.<br />
Lana mineral.<br />
461<br />
Peso<br />
específico<br />
aproximado<br />
(Kg/m 3 )<br />
Conductividad<br />
térmica a la<br />
temperatura<br />
media<br />
(Kcal./m 2 hºC)<br />
Celular 76,5-79,5 16-32 0,024-0,028 a 0<br />
Corcho secado Celular 65,5 112-192<br />
Poliuretano Fibrosa 149 32-40<br />
Lana de vidrio<br />
(impregnada con<br />
resina)<br />
Lana mineral<br />
(impregnada con<br />
resina)<br />
Lana de<br />
escorias(impregnada<br />
con resinas)<br />
Poliuretano<br />
Trozo de<br />
tubos<br />
rígidos<br />
0,032-0,034 a 0<br />
0,012-0,018 a -<br />
135,5<br />
0,018-0,031 a 0<br />
0,012-0,018 a -<br />
135,5<br />
Fibrosa 260 112-160 0,032 a 38<br />
Fibrosa 260 112-160 0,032 a 38<br />
Fibrosa 815 144-160 0,033 a 38<br />
Celular 138 32-48 0,032 a 10<br />
Lana de escorias Fibrosa 149 112-144 0,032 a 38<br />
Lana de vidrio Flexible Fibrosa 482 128 0,035 a 38<br />
Lana mineral<br />
Fibrosa 760 96-144 0,031 a 38
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Poliuretano.<br />
Caucho.<br />
Espumas termoplásticos.<br />
Plomo, recubierto con poliuretano expandido.<br />
En la figura siguiente se muestra el aislamiento de la cabina.<br />
∑<br />
Aislamiento acústico cabina<br />
Antivibratorios<br />
A fin de evitar la posible transmisión de vibraciones a las estructuras<br />
sobre las que se asientan las máquinas, se opta por la instalación de<br />
antivibradores. Existen distintos dispositivos empleados como<br />
antivibradores:<br />
Antivibrador metálico<br />
• Antivibradores de caucho de superficie plana<br />
• Antivibradores de caucho-metal<br />
• Alfombrillas de goma<br />
462
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
• Plancas antivibradoras de caucho neopreno con corcho comprimido<br />
intermedio<br />
• Antivibradores metálicos<br />
• Conexiones flexibles<br />
463
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
8. LUBRICANTES<br />
8.1. Introducción<br />
Como se ha visto en temas anteriores, en los sistemas frigoríficos existen<br />
elementos (principalmente el compresor) en los que distintas piezas<br />
mecánicas están en contacto contínuo, deslizando unas sobre las otras.<br />
Sirva a modo de ejemplo la siguiente lista:<br />
• Pistón en el interior del cilindro en los compresores alternativos.<br />
• Ejes en los cojinetes de fricción.<br />
• Paletas del rotor contra la cara interna del cuerpo en los compresores<br />
rotativos de paletas.<br />
• Excéntrica contra la cara interna del cuerpo en los compresores<br />
rotativos de tipo excéntrico.<br />
• Entre los engranajes que forman los ejes rotativos de los compresores<br />
de tornillo.<br />
• Etc.<br />
Para que no se produzcan fugas de refrigerante entre las piezas en<br />
movimiento y las estáticas (con la pérdida de refrigerante, de presión y<br />
de rendimiento que ello supondría), los ajustes dimensionales (distancias<br />
entre unas piezas y otras) tienden a reducirse a los mínimos que permiten<br />
el movimiento relativo entre los dos elementos.<br />
Esta disminución de las distancias provoca que las piezas estén<br />
prácticamente en contacto contínuo y ello supone el desgaste de los<br />
elementos y el calentamiento de ambas partes.<br />
Se denomina lubricante al fluido con la capacidad de disminuir el<br />
rozamiento entre dos materiales en contacto, facilitando el movimiento<br />
relativo de uno respecto al otro, evitando el excesivo aumento de<br />
temperatura entre ellos y reduciendo su desgaste.<br />
Los lubricantes, además, tienen la capacidad de actuar como cierre<br />
hidráulico o tapón a las fugas del fluido comprimido, dada su mayor<br />
densidad relativa y la imposibilidad que presenta aquél para desplazarlo<br />
de los espacios reservados para el desplazamiento de los elementos<br />
mecánicos.<br />
El tipo especial de lubricante utilizado en los sistemas de refrigeración,<br />
se llama aceite para refrigeración. Este aceite debe cumplir ciertos<br />
464
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
requerimientos especiales, que le permiten realizar su función lubricante,<br />
sin importar los efectos del refrigerante y las amplias variaciones de<br />
temperatura y presión.<br />
El estudio de los aceites para refrigeración y su relación con los<br />
refrigerantes, es necesario para el mantenimiento y la prestación de<br />
servicio de modo efectivo a <strong>equipos</strong> de refrigeración y aire acondicionado.<br />
En este apartado se va a presentar una clasificación de los lubricantes y,<br />
a continuación, el temario se centrará en los aceites de refrigeración y<br />
en las características más importantes que deben reunir para llevar a<br />
cabo del mejor modo posible su cometido.<br />
8.2. Clasificaciones<br />
Existen diversas maneras de clasificar los refrigerantes. La más usual<br />
cuando se habla de sistemas de refrigeración es aquella que se realiza<br />
atendiendo al origen o naturaleza del fluido lubricante.<br />
Otra clasificación muy intuitiva se realiza en función del aspecto que<br />
presenta el lubricante en condiciones normales. Así, se tienen lubricantes:<br />
• Sólidos: usados cuando las piezas trabajan a presiones y temperaturas<br />
extremas. Dentro de este grupo estarían el grafito, el bisulfuro de<br />
molibdeno, talco, mica, parafinas, azufres,…<br />
• Pastosos o grasas: son dispersiones de aceite en jabón utilizadas para<br />
lubricar las zonas que los aceites normales no alcanzan por sus<br />
particulares características de falta de retención o por la presencia<br />
de atmósferas polvorientas.<br />
• Líquidos: son los denominados aceites lubricantes en general (en los<br />
que se centra la siguiente clasificación).<br />
8.2.1. Origen<br />
Según su origen, los lubricantes se clasifican en aceites naturales (de<br />
origen animal, vegetal o mineral) y aceites sintéticos.<br />
Animal y Vegetal<br />
Los aceites de origen animal y vegetal no pueden ser refinados por<br />
destilación (proceso térmico a través del cual se separan los componentes<br />
de un compuesto debido a las distintas temperaturas de ebullición que<br />
poseen cada uno de ellos) ya que se descomponen, por ello son<br />
denominados también aceites fijos.<br />
Entre ellos se encuentran: el aceite de lino, de algodón, de colza, de<br />
oliva, de tocino, de pezuña de buey, glicerina, etc. El primero de los<br />
465
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
usados con fines lubricantes fue el de ballena (normativamente fuera de<br />
uso) y el de girasol.<br />
Son inestables, tienden a formar ácidos y gomas, y además, se congelan<br />
fácilmente; por lo que no son adecuados para refrigeración.<br />
Minerales<br />
Por lo anterior, los aceites lubricantes para refrigeración, se obtienen a<br />
partir de los aceites de origen mineral, destilados y refinados.<br />
Los aceites minerales son derivados del petróleo y se pueden clasificar<br />
en tres tipos, de acuerdo con el crudo (mezcla de hidrocarburos que<br />
forman el petróleo) del que se obtienen:<br />
• Aceites de base Parafínica: son los que se obtienen de un crudo en<br />
el que hay predominio de los hidrocarburos alcanos (compuestos de<br />
hidrógeno y carbono unidos entre sí por enlaces sencillos H-H, C-H:<br />
metano, etano, propano, butano,…).<br />
• Aceites de base Nafténica: en el crudo del que se obtienen existen<br />
mayoritariamente hidrocarburos alquenos (compuestos de hidrógeno<br />
y carbono caracterizados por la presencia de algún enlace doble entre<br />
átomos de carbono C=C: eteno, propeno, 1-buteno y 2-buteno,…).<br />
• Aceites de base Aromática: la mayoría de los hidrocarburos que<br />
forman el crudo base son cíclicos (en ellos los compuestos de<br />
hidrógeno forman anillos o cadenas cerradas: ciclopropano,<br />
ciclobutano, ciclopentano,…).<br />
A pesar de su similar composición, muestran dispares comportamientos<br />
y los aceites de base nafténica son los que con más profusión se vienen<br />
usando para <strong>equipos</strong> de refrigeración debido a las siguientes características:<br />
• Fluyen mejor a bajas temperaturas.<br />
• Conservan mejor su viscosidad que los aromáticos.<br />
• Hay menos depósitos de cera a bajas temperaturas, ya que contienen<br />
menos parafina, que los de base parafínica.<br />
• Los depósitos de carbón formados por estos aceites son ligeros, y se<br />
eliminan fácilmente.<br />
• Son más estables térmica y químicamente, que los aromáticos.<br />
• Tienen excelente capacidad dieléctrica.<br />
Los aceites parafínicos en la actualidad, no se utilizan en refrigeración.<br />
Los aceites nafténicos son sometidos a un proceso de ultra-desparafinado,<br />
y en la actualidad, son los más adecuados para refrigeración. Los<br />
aromáticos, derivados del dodecil-benceno, tienden a ser menos usados.<br />
466
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Sintéticos<br />
Los aceites sintéticos se obtienen a partir de reacciones químicas en<br />
laboratorio. Por esta razón, su calidad no depende de la calidad de<br />
ningún petróleo crudo, y su composición es consistente todo el tiempo,<br />
ya que los componentes son siempre iguales.<br />
De lo anterior se desprende que los aceites sintéticos, son lubricantes “a<br />
la medida”, ya que estos fluidos pueden ser modificados de acuerdo con<br />
las necesidades de una aplicación particular.<br />
En el caso de los aceites sintéticos para refrigeración, se fabrican<br />
enfatizando las propiedades de miscibilidad con los refrigerantes,<br />
resistencia a bajas y a altas temperaturas, excelente poder lubricante, y<br />
100% libres de cera.<br />
Existen varios tipos de aceites sintéticos, pero los que mejor resultado<br />
dan en refrigeración son los de polialquilenglicol (PAG) y los de poliol<br />
éster (POE):<br />
• Polialquilenglicol (PAG): Se emplea con los HFC, es muy higroscópico,<br />
se oxida en exposición con el aire, no se puede mezclar con aceites<br />
minerales y se debe mantener en recipientes herméticos. Se usa casi<br />
exclusivamente en automoción.<br />
• Poliol éster (POE): Es miscible con todos los refrigerantes (CFC,<br />
HCFC, HFC), es miscible con el aceite mineral si no supera el 1% de<br />
éste en la instalación si se emplea HFC. Si se emplea HCFC se puede<br />
mezclar mineral y base Ester al 50%-50%. No es tan higroscópico<br />
como el PAG pero lo es más que los aceites minerales.<br />
En la actualidad, con la desaparición de algunos refrigerantes<br />
clorofluorocarbonados (CFC's), y la aparición de sus sustitutos, es necesario<br />
el uso de aceites sintéticos, ya que algunos de estos nuevos refrigerantes<br />
como el R-134a, no son miscibles con los aceites minerales nafténicos ni<br />
aromáticos. El R-134a inclusive, ha mostrado poca solubilidad con los<br />
aceites sintéticos de alquilbenceno; en cambio, ha mostrado buena<br />
solubilidad con los lubricantes de éster, de los cuales hay varios tipos.<br />
Por otra parte, los lubricantes sintéticos de PAG, no son compatibles con<br />
los clorofluorocarbonos (CFC's), como el R-12. Específicamente, el cloro<br />
contenido en estos refrigerantes, puede reaccionar con el aceite sintético<br />
y causarle una degradación.<br />
8.3. Aceites para refrigeración<br />
Los aceites para refrigeración no cumplen función alguna dentro del<br />
ciclo de refrigeración, pero son necesarios para el adecuado<br />
funcionamiento de las partes móviles.<br />
467
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Por ello y por ser inevitable su puesta en contacto con el fluido refrigerante<br />
en su paso a través del compresor, es necesario que cumplan una serie<br />
de requisitos de modo que no creen problemas en el resto del sistema<br />
de refrigeración.<br />
8.3.1. Requerimientos<br />
El fabricante de los <strong>equipos</strong> debe informar sobre las características<br />
concretas del lubricante que se debe usar en las máquinas. Corresponde<br />
a los técnicos de mantenimiento el cambio del aceite de los compresores<br />
de las instalaciones de producción de frío y deben ser capaces de reconocer<br />
aquellas características en los lubricantes existentes en el mercado para<br />
usar el fluido más adecuado en cada caso.<br />
Un buen aceite para refrigeración debe reunir las cualidades que a<br />
continuación se listan:<br />
• Mantener su viscosidad a altas temperaturas.<br />
• Mantener buena fluidez a bajas temperaturas.<br />
• Ser miscible con los refrigerantes a las temperaturas de trabajo.<br />
• Tener buena (alta) capacidad dieléctrica.<br />
• No tener materia en suspensión.<br />
• No debe contener ácidos corrosivos o compuestos de azufre.<br />
• No formar depósitos de cera (flóculos) a las bajas temperaturas del<br />
sistema.<br />
• No dejar depósitos de carbón al entrar en contacto con superficies<br />
calientes dentro del sistema.<br />
• No contener humedad.<br />
• No formar espuma.<br />
• Ser química y térmicamente estable en presencia de refrigerantes,<br />
metales, aislamientos, empaques, oxígeno, humedad y otros<br />
contaminantes.<br />
No existe el lubricante universal válido para todas las aplicaciones. Cuando<br />
se habla de “altas temperaturas” debe entenderse referido el término a<br />
la más alta temperatura del sistema, lo mismo con “bajas temperaturas”<br />
y el resto de requerimientos. Se pretende decir con esto que cada<br />
aplicación tendrá unos lubricantes más adecuados y otros menos<br />
recomendables. El conocimiento de todas las magnitudes del ciclo de<br />
468
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
refrigeración (presiones, temperaturas,…) permitirá al técnico elegir el<br />
aceite correcto en función de las propiedades que se presentan en el<br />
siguiente apartado.<br />
8.3.2. Propiedades<br />
Se repasan a continuación las propiedades más importantes y las<br />
magnitudes que las cuantifican de los aceites usados en sistemas frigoríficos.<br />
Viscosidad, punto de escurrimiento y punto de floculación<br />
Viscosidad es la resistencia a fluir que tienen los líquidos. A mayor<br />
viscosidad, mayor será la energía necesaria para hacer deslizar entre sí<br />
dos superficies lubricadas con el aceite. Es función de la temperatura a<br />
la que esté el lubricante, según desciende la temperatura, aumenta la<br />
viscosidad.<br />
La viscosidad nos indica cuánto puede fluir un aceite a una temperatura<br />
dada. Los aceites se vuelven menos viscosos al aumentar la temperatura,<br />
y más viscosos a bajas temperaturas. Esto es muy importante, ya que en<br />
el evaporador se tienen las temperaturas más bajas del sistema; y si un<br />
aceite es demasiado viscoso, se espesará y no fluirá a través del evaporador,<br />
acumulándose dentro de éste, no permitiendo al refrigerante absorber<br />
calor del medio a enfriar y disminuyendo la transferencia de calor del<br />
sistema.<br />
Si el aceite es poco viscoso (muy fluido), no permanecerá entre las<br />
superficies de las partes en movimiento, sino que se escapará y las dejará<br />
sin película protectora. Si el aceite es demasiado viscoso, causará una<br />
excesiva resistencia, pérdida de fuerza y puede no ser capaz de fluir entre<br />
las partes móviles.<br />
La viscosidad de los aceites para refrigeración se ve afectada por su<br />
miscibilidad (capaz de diluirse o mezclarse) con los refrigerantes. Esta<br />
miscibilidad del aceite con los refrigerantes, varía desde no ser miscibles,<br />
como con el amoníaco, hasta ser completamente miscibles, como en el<br />
caso del R-12.<br />
Hay varias maneras y unidades para expresar la viscosidad de los fluidos,<br />
según el método que se utilice para determinarla:<br />
• Viscosidad absoluta (Poises): es la fuerza requerida para mover una<br />
superficie plana de un centímetro cuadrado en un segundo cuando<br />
las superficies están separadas por una capa de líquido de un<br />
centímetro de espesor.<br />
469
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
• Viscosidad cinemática (centiStokes (cSt)): es el tiempo requerido<br />
para que una cantidad fija de aceite atraviese un tubo capilar bajo la<br />
fuerza de gravedad.<br />
• Viscosidad Saybolt (Segundos Saybolt Universales (SUS)): El tiempo<br />
en segundos requeridos por 60 ml de fluido por un tubo capilar en<br />
un viscosímetro Saybolt Furol a una temperatura específica entre<br />
70°F y 210°F.<br />
En la actualidad, la Organización Internacional de Estandarización ISO<br />
(International Standardization Organization), ha determinado que la<br />
viscosidad de los aceites industriales, se exprese en centiStokes a una<br />
temperatura de 40°C. Sin embargo, algunos fabricantes de aceites aún<br />
utilizan las unidades en SUS.<br />
La importancia de la viscosidad, está en seleccionar un aceite que<br />
proporcione lubricación adecuada, bajo las diferentes condiciones de<br />
trabajo que supone el ciclo frigorífico. Los fabricantes de aceite, pueden<br />
satisfacer diferentes viscosidades para cumplir con cualquier especificación.<br />
Cuando se tenga duda de qué viscosidad usar, se deben consultar las<br />
recomendaciones del fabricante del equipo. Si no se dispone de ellas,<br />
se puede utilizar la tabla siguiente como una guía para seleccionar la<br />
viscosidad adecuada. Esta tabla sirve para la mayoría de las aplicaciones.<br />
Los aceites deben seleccionarse de acuerdo con la temperatura del<br />
compresor, la temperatura del evaporador y el tipo de refrigerante<br />
utilizado.<br />
CONDICIONES DE SERVICIO REFRIGERANTE<br />
Además de la viscosidad a 40ºC, dadas las distintas temperaturas a las<br />
que trabaja el refrigerante (y el lubricante que con él realiza el ciclo<br />
frigorífico) es necesario saber cómo se comporta la viscosidad del aceite<br />
a distintas temperaturas. Los dos términos que se presentan a continuación<br />
–punto de escurrimiento y punto de floculación- tratan de cuantificar<br />
esta variación.<br />
470<br />
VISCOSIDAD<br />
(cSt)<br />
VISCOSIDAD<br />
(SUS)<br />
Tª EN EL<br />
CONDENSADOR<br />
Normal<br />
Alta<br />
Todos<br />
Halogenados<br />
Amoníaco<br />
32<br />
32<br />
68<br />
150<br />
300<br />
300<br />
>= -18ºC<br />
Halogenados<br />
Amoníaco<br />
32<br />
68<br />
150<br />
300<br />
Tª DEL<br />
EVAPORADOR<br />
-18ºC < Tª < -40ºC<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
El punto de escurrimiento es la temperatura más baja a la cual fluirá un<br />
aceite. Por definición, el punto de escurrimiento es 3°C mayor que la<br />
temperatura a la cual el aceite cesa totalmente de fluir; es decir, el punto<br />
de escurrimiento es 3°C, arriba de la temperatura de congelación del<br />
aceite.<br />
El punto de escurrimiento depende del contenido de cera y de la<br />
viscosidad del aceite.<br />
En todo sistema de refrigeración (sea cual sea el tipo de compresor)<br />
siempre existe cierta cantidad de aceite que pasa al evaporador con el<br />
refrigerante. Dicho aceite debe ser capaz de retornar al compresor a<br />
través de todo el circuito.<br />
Si el punto de escurrimiento del aceite es superior a la temperatura de<br />
evaporación, el lubricante se congelará en el evaporador disminuyendo<br />
la eficiencia del intercambio de calor y pudiendo quedar el compresor<br />
sin lubricante, al quedar éste atrapado en el citado elemento. Este<br />
problema se agrava cuando lubircante y refrigerante no son miscibles<br />
(como en el caso de R-22 ó amoniaco).<br />
Para determinar el punto de escurrimiento se utiliza un tubo de vidrio<br />
de fondo plano, donde se coloca una muestra de aceite, se tapa y se pone<br />
un termómetro. Se sumerge el tubo en un baño enfriado, y cada que vez<br />
que su temperatura disminuye 3°C, se verifica su fluidez. El punto de<br />
escurrimiento es 3°C arriba de la temperatura a la cual el aceite ya no<br />
fluye.<br />
Los valores recomendados de punto de escurrimiento de aceites para<br />
refrigeración son:<br />
• Aceites de 32 cSt:<br />
- Minerales:
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U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
a una mezcla de aceite y refrigerante se le disminuye su temperatura, la<br />
solubilidad de la cera en el aceite disminuye, hasta que a cierta temperatura,<br />
el aceite no puede mantener disuelta toda la cera, y parte de la misma<br />
se separa y precipita.<br />
La cera floculada sobre las superficies del evaporador supone los mismos<br />
inconvenientes que el lubricante congelado y es por ello un efecto a<br />
evitar en las instalaciones frigoríficas. En la válvula de expansión o en el<br />
tubo capilar, la deposición de cera es más peligrosa pues puede causar<br />
la obturación total del paso libre, con lo que se detiene el ciclo de<br />
refrigeración y, si los elementos de seguridad del sistema funcionan<br />
correctamente, se para el equipo.<br />
A los aceites para refrigeración que no sufren separación de cera, cuando<br />
se mezclan con refrigerante a bajas temperaturas, se les denomina "libres<br />
de cera".<br />
En laboratorio el punto de floculación se determina preparando una<br />
mezcla de 10% de aceite y 90% de R-12 (% en volumen) que es enfriada<br />
en un recipiente transparente, sumergiendo éste en un baño frío. Al<br />
bajar la temperatura, la mezcla se enturbia, y comienzan a formarse<br />
pequeños grumos de cera que flotan en la mezcla. La temperatura a la<br />
cual comienzan a observarse los grumos, se toma como el punto de<br />
floculación.<br />
Los aceites para refrigeración deben tener puntos de floculación bajos.<br />
Los valores recomendados son:<br />
• -51°C o menor para aceites utilizados con HCFC y HFC.<br />
• En los sistemas que usan amoníaco no se exige esta prueba.<br />
Puntos de inflamación e ignición<br />
Estas características de un aceite se tienen en cuenta en un sistema de<br />
refrigeración cuando se trabaja con refrigerantes inflamables como el<br />
amoníaco, el bióxido de azufre o el cloruro de metilo.<br />
El punto de inflamación de un aceite es la temperatura más baja a la que<br />
el vapor de aceite existente sobre su superficie libre se inflama al ser<br />
expuesto a una llama, pero se apaga inmediatamente. Esta temperatura<br />
no es lo suficientemente alta para mantener ardiendo al aceite.<br />
El punto de ignición es la temperatura a la cual un aceite arde y continúa<br />
quemándose (durante, al menos, 5 segundos) al ser expuesto a una llama<br />
que cesa inmediatamente.<br />
472
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Cuando un aceite presenta en su composición elementos volátiles los<br />
puntos de ignición y de inflamación son más bajos que cuando no<br />
presenta dichos elementos.<br />
En ocasiones, para poder usar aceites de mala calidad debido a su baja<br />
viscosidad, los fabricantes de lubricantes le añaden otros aceites con<br />
muchos hidrocarburos volátiles de muy alta viscosidad, que le confieren<br />
al primer aceite mayor viscosidad a costa de reducir sus puntos de<br />
inflamación e ignición.<br />
En algunas instalaciones, el lubricante así obtenido es totalmente válido<br />
para las aplicaciones deseadas. En otras, el uso de estos aceites puede<br />
conducir a situaciones peligrosas y es importante controlar estas<br />
características.<br />
En sistemas normales no se alcanzan las temperaturas de inflamación o<br />
ignición y las características descritas sólo se utilizan como parámetro de<br />
control de calidad de los productos.<br />
La siguiente tabla muestra valores recomendados de inflamación e<br />
ignición:<br />
Rigidez dieléctrica<br />
VISCOSIDAD PUNTO DE INFLAMACIÓN PUNTO DE IGNICIÓN<br />
32 cSt > 163ºC > 182ºC<br />
68 cSt > 171ºC > 193ºC<br />
La medida de la rigidez dieléctrica sirve como medio de cuantificar la<br />
pureza de un lubricante o la cantidad de contaminante que lleva disuelto.<br />
La rigidez dieléctrica es la resistencia de un aceite al paso de una corriente<br />
eléctrica. Se expresa como kilovoltios (kV) requeridos para que se<br />
produzca una descarga eléctrica (corriente eléctrica de gran intensidad<br />
y corta duración) entre dos polos sumergidos en un baño de aceite y<br />
separados entre ellos una distancia igual a la décima parte de una pulgada.<br />
El aceite debe estar a una temperatura de 25°C.<br />
Los aceites de refrigeración tienen una rigidez superior a 25 kV. Los<br />
contaminantes que suelen aparecer en un aceite (humedad, metales<br />
disueltos o suciedad) aumentan la conductividad de la mezcla y disminuyen<br />
su rigidez dieléctrica.<br />
Con la aparición de los compresores herméticos y el creciente uso que<br />
de ellos se está haciendo, la rigidez dieléctrica es una propiedad que<br />
473
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
toma mayor importancia ya que con elevadas rigideces se evitan los<br />
cortocircuitos entre los devanados del motor que suelen desembocar en<br />
la quema de éste.<br />
Número de neutralización<br />
El número de neutralización es una medida de la estabilidad de un<br />
lubricante y del grado de refinamiento al que ha sido sometido.<br />
Mide la cantidad de ácidos contenidos en el aceite y se obtiene según la<br />
cantidad de base que hay que añadirle para neutralizarlo (que la mezcla<br />
una acidez nula).<br />
En los aceites aparecen dos tipos de ácidos: los ácidos orgánicos y los<br />
ácidos minerales.<br />
Los ácidos orgánicos surgen como producto de algunas reacciones<br />
internas que ocurren en los lubricantes, debido a la gran variedad de<br />
componentes presentes en su composición (recordemos la procedencia<br />
natural de los aceites minerales) y la presencia de alguna sustancia alcalina<br />
(sustancia capaz de rebajar el grado de acidez de otra sustancia (agua<br />
u oxígeno pueden ser sustancias). La presencia de estos ácidos no es<br />
problemática en las instalaciones frigoríficas.<br />
Los ácidos minerales no son producto de reacción interna alguna sino<br />
que se encuentran presentes en el crudo original del que se obtiene el<br />
aceite y pueden ser eliminados en el proceso de refino del lubricante.<br />
Su presencia muestra que el refino ha sido insuficiente y que el aceite<br />
no es de la calidad deseada.<br />
En los sistemas de refrigeración corroen las partes interiores de los<br />
componentes y aceleran la degradación del aceite, haciéndole perder<br />
sus propiedades lubricantes.<br />
El número de neutralización aumenta cuanto mayor es la presencia de<br />
ácidos (orgánicos o minerales) en el aceite. Es por ello deseable que éste<br />
sea lo más bajo posible, siendo el valor de 0,05 mgKOH/g (miligramos<br />
de hidróxido de potasio por gramo de aceite) el valor máximo<br />
recomendado.<br />
Carbonización<br />
Todo material procedente del petróleo, el aceite en concreto, puede<br />
descomponerse por aplicación de calor. Según aumenta la temperatura<br />
se van produciendo vapores que escapan del fluido quedando las fases<br />
más pesadas en el fluido. Cuando dejan de escapar gases queda un<br />
residuo carbonoso. Este proceso se denomina carbonización.<br />
474
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
La relación del peso del residuo con el peso inicial del fluido se denomina<br />
valor de carbón y se suele presentar en porcentaje. El aparato en el que<br />
se realiza esta prueba se denomina aparato de carbón de “Conradson”<br />
y, por ello, el valor de carbón se cita también como valor de carbón<br />
Conradson.<br />
El valor de carbón delata el tipo de petróleo del que procede el aceite.<br />
El aceite de base parafínica deja un residuo duro y pegajoso, mientras<br />
que el de procedencia nafténica posee un residuo ligero y esponjoso. El<br />
residuo parafínico es más perjudicial que el nafténico, pero ninguno de<br />
ellos es deseable y deben elegirse lubricantes que no carbonicen a las<br />
temperaturas con las que se trabaja en la instalación.<br />
Además, a mayor valor de carbón mayor es la tendencia del aceite a<br />
reaccionar con el refrigerante formando lodos y cobrizado.<br />
Un buen aceite para refrigeración, deberá tener un valor bajo de carbón<br />
Conradson. El valor recomendado para todas las viscosidades es de 0,03%<br />
o menor.<br />
Peso específico<br />
El peso específico de un lubricante no guarda relación alguna con la<br />
posibilidad de ser usado en una instalación frigorífica. Para una misma<br />
aplicación pueden servir aceites de pesos específicos muy distintos.<br />
La importancia de esta propiedad estriba en razones de manutención<br />
del lubricante, relacionar peso y volumen del fluido usado en el compresor.<br />
El peso específico muestra también, como la anterior propiedad, la<br />
naturaleza del crudo origen del lubricante.<br />
El valor normalizado, utilizado para comparar varios aceites, corresponde<br />
a una temperatura de 15ºC.<br />
Tendencia a la corrosión<br />
Entre los posibles compuestos presentes en un aceite, el azufre es el que<br />
mayor corrosión suele causar en los elementos metálicos de las<br />
instalaciones. El azufre se encuentra en el aceite en forma de diferentes<br />
compuestos.<br />
El modo de medir la tendencia a la corrosión de un lubricante es la<br />
prueba de corrosión de la lámina de cobre. Para ello:<br />
Una tira de cobre pulida, de aproximadamente 1.5 x 8 cms., es<br />
sumergida en la muestra de aceite contenido en un tubo de vidrio.<br />
Este tubo se tapa y se mete en un líquido caliente o en un horno,<br />
durante tres horas a 100°C. Se saca la tira de cobre, se enjuaga con<br />
solvente, y se examina la decoloración que ha sufrido, las manchas<br />
que han aparecido, los poros que han surgido, o si muestra cualquier<br />
475
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
otra evidencia de corrosión. Si el cobre está ennegrecido, es indicación<br />
de la presencia de azufre elemental o suelto. Si el cobre está<br />
definitivamente manchado o café, es indicativo de la presencia de<br />
aditivos con contenido de azufre. Si esto sucede, es indicio de que<br />
hay azufre en el aceite, como consecuencia de una mala refinación.<br />
Los aceites bien refinados, no causan más que un ligero manchado del<br />
cobre en esta prueba, y no deben contener azufre en cantidades que<br />
puedan causar corrosión. El azufre en presencia de humedad, forma<br />
ácidos, causando lodos y serios problemas mecánicos.<br />
Oxidación acelerada<br />
La prueba consiste en calentar aceite a 205°C durante 2-1/2 horas, en<br />
una atmósfera de oxígeno. Los lodos formados se pesan, siendo el<br />
resultado el valor de la oxidación acelerada. El valor recomendado es<br />
menor de 20 para todas las viscosidades.<br />
La prueba mide la capacidad de un aceite para refrigeración a permanecer<br />
estable en presencia de oxígeno.<br />
La combinación de aire, humedad y aceite, con las altas temperaturas<br />
del compresor, produce ácidos y lodos. Cuanto mayor es el número de<br />
oxidación de un lubricante mayores son las formaciones de los<br />
contaminantes y más rápida la aparición de los problemas debidos a su<br />
presencia.<br />
En el interior de las instalaciones frigoríficas no debe haber ni aire ni<br />
humedad. En las labores de carga y vaciado de aceite y refrigerante es<br />
inevitable que ciertas cantidades de estos elementos se pongan en contacto<br />
con el aire atmosférico. Si el aceite posee un bajo índice de oxidación<br />
acelerada estas puestas en contacto carecerán de importancia.<br />
Humedad<br />
La humedad dentro del sistema de refrigeración contribuye a la formación<br />
de ácidos, lodos y a congelarse dentro del sistema. Según algunos autores,<br />
se le puede considerar incluso como el principal enemigo de los sistemas<br />
de refrigeración.<br />
El agua afecta a la lubricación tanto física como químicamente y es más<br />
dañina que las partículas sólidas.<br />
El agua entra en el sistema filtrándose a través de los sellos, o bien entrado<br />
a través de respiraderos disuelta en el aire y condensándose en espacios<br />
libres, o ser producto de la combustión de algún hidrocarburo.<br />
Dentro del sistema, el agua puede encontrarse de tres formas: libre,<br />
emulsionada y disuelta:<br />
476
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
• Cuando el agua esta disuelta en el aceite, las moléculas de agua están<br />
completamente mezcladas con las del aceite. En este estado, la<br />
presencia del agua en el aceite resulta muy difícil de detectar. La<br />
mayor parte de los aceites industriales pueden contener hasta 200-<br />
600 ppm (0’02-0’06%) de agua, dependiendo de la temperatura y de<br />
la edad del aceite, ya que el aceite viejo admite 3 ó 4 veces más que<br />
el aceite nuevo.<br />
• Cuando la cantidad de agua disuelta en el aceite supera la cantidad<br />
que puede disolver el aceite, éste se satura. En este estado, el agua<br />
se separa en forma de pequeñas gotas, lo que es conocido como<br />
emulsión. Cuando se produce este fenómeno, se dice que el aceite<br />
tiene aspecto neblinoso.<br />
• Si la cantidad de agua es mayor, el aceite y el agua se separarán en<br />
dos fases, originándose una capa de agua bajo la de aceite con agua<br />
emulsificada. En la mayor parte de los casos, el agua se depositarán<br />
en el fondo de los depósitos.<br />
• El agua libre y la emulsificada son las dos fases más dañinas para el<br />
aceite.<br />
El agua afecta a la formación de la capa de lubricación. Debido a la<br />
incomprensibilidad del agua puede desplazar al aceite en zonas donde<br />
se forma una capa de lubricación muy fina, provocando la pérdida de<br />
la capa de lubricación hidrodinámica, dando como resultado un desgaste<br />
excesivo.<br />
El agua, además, corroe la mayor parte de los metales utilizados en los<br />
sistemas de lubricación y tiene efectos dañinos también sobre el aceite,<br />
facilitando su degradación.<br />
Existen diversos métodos para detectar el agua en el aceite, si bien el<br />
más utilizado es el Karl Fischer. El aspecto neblinoso del aceite es indicativo<br />
de la presencia del agua. La presencia de cloro y sodio en el aceite<br />
también es indicativa de la presencia de agua.<br />
Ningún aceite para refrigeración debe contener humedad suficiente<br />
como para afectar al sistema. La cantidad de humedad que contiene un<br />
aceite, se expresa en partes por millón (ppm). Un aceite para refrigeración<br />
cuando sale de la fábrica, normalmente tiene como máximo 30 ppm de<br />
agua. Esta cantidad puede incrementarse durante el envasado, traslado<br />
y almacenamiento, por lo que se deben tomar todo tipo de precauciones<br />
para no dejar el aceite expuesto al medio ambiente; ya que los aceites<br />
son higroscópicos (que tienen la propiedad de absorber la humedad del<br />
aire).<br />
Los aceites sintéticos a base de poliol éster (POE), son aproximadamente<br />
10 veces más higroscópicos que los aceites minerales o de alquil benceno<br />
477
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
(AB). Los aceites de poliol éster pueden absorber hasta 2.000 ppm,<br />
mientras que los minerales absorben 200 ppm. La principal razón es,<br />
que los aceites de POE se hacen mezclando un alcohol y un ácido orgánico<br />
de éster, y el producto de esta reacción es un lubricante POE y agua.<br />
Se elimina el agua y queda el lubricante sólo, pero esta reacción es<br />
reversible; es decir, si el lubricante POE se expone a la humedad, se lleva<br />
a cabo la reacción inversa y se producen alcohol y ácido. Por esta razón,<br />
los lubricantes sintéticos de POE se envasan en recipientes metálicos,<br />
bajo un sofisticado método que utiliza vacío y nitrógeno. Si se utilizan<br />
envases de plástico, con el paso del tiempo, la humedad atraviesa el<br />
plástico y se combina con el lubricante.<br />
Color<br />
El color del aceite para refrigeración se determina por medio de luz<br />
transmitida, y se expresa por un valor numérico, basado en una<br />
comparación con una serie de colores estándar.<br />
El color apropiado que debe tener un aceite para refrigeración, fue<br />
materia de discusión durante mucho tiempo. Sin embargo, el consenso<br />
general se ha inclinado más hacia los aceites de colores más claros, casi<br />
tanto como el agua.<br />
Si un aceite se refina en exceso, perderá prácticamente su color y su<br />
cualidad lubricante. Si no se refina lo suficiente, el aceite tendrá un color<br />
oscuro, debido al alto contenido de hidrocarburos insaturados. Por lo<br />
tanto, el aceite se debe refinar lo suficiente para eliminar estos<br />
hidrocarburos, pero no tanto como para destruir sus cualidades lubricantes.<br />
Trabajos recientes han demostrado que los aceites de colores más claros,<br />
poseen mayor estabilidad que los oscuros, al entrar en contacto con el<br />
refrigerante de un sistema en operación.<br />
El aceite para refrigeración de buena calidad, debe tener un valor inferior<br />
a 2.0 de color ASTM.<br />
Punto de anilina<br />
El punto de anilina de un aceite viene definido como la temperatura<br />
mínima a la que, una mezcla a partes iguales de aceite y anilina, llega a<br />
solubilizarse totalmente.<br />
La anilina (C6H5-NH5) es un hidrocarburo aromático cuya estructura<br />
molecular es un anillo de 6 átomos de carbono con enlaces dobles y<br />
simples alternándose. En uno de sus vértices cuenta con un grupo amina<br />
(-NH2). Es la amina más simple.<br />
Dada la estructura molecular de la anilina ésta es más soluble en aceites<br />
aromáticos, algo menos en los naftalénicos, y todavía menos en los<br />
478
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
parafínicos. Por eso el punto de anilina nos orienta sobre la composición<br />
química del aceite (en particular sobre el contenido en sustancias<br />
aromáticas).<br />
Cuanto menor sea el contenido en sustancias aromáticas, más alto será<br />
el punto de anilina, y viceversa. Su valor tiene importancia al evaluar el<br />
comportamiento del lubricante frente a los materiales que componen<br />
los sellos o cierres compuestos mayoritariamente por materiales de goma<br />
y elastómeros.<br />
Esta característica se determina por medio de un ensayo en el que se<br />
produce una agitación entre el aceite y la anilina, controlando la<br />
temperatura y en condiciones normalizadas. Para temperaturas:<br />
• Menores de 65°C: se tienen aceites aromáticos.<br />
• Entre 66 y 80°C: se tiener aceites predominantemente nafténicos.<br />
• Entre 81 y 90°C: Aceites nafténicos - parafínicos.<br />
• Mayores de 90°C: Aceites de base parafínica.<br />
La prueba para determinar este valor consiste en colocar en un tubo de<br />
prueba, cantidades específicas del aceite a probar y de anilina. Las<br />
sustancias dentro del tubo se calientan gradualmente, agitándolas<br />
mecánicamente, hasta que se mezclan formando una sola fase.<br />
Posteriormente, se enfría la mezcla de manera gradual, hasta que ocurre<br />
la separación en dos fases. La temperatura a la que se separan es el punto<br />
de anilina.<br />
Estabilidad térmica<br />
Dentro de un sistema de refrigeración, las reacciones entre el aceite y<br />
el refrigerante a altas temperaturas, pueden causar problemas tales como:<br />
formación de lodos, ácidos, gomas, lacas, barnices y cobrizado. Estos<br />
depósitos afectan las válvulas de descarga, aceleran el desgaste, tapan los<br />
conductos del aceite y en los compresores herméticos, interfieren con<br />
la operación del motor.<br />
Una prueba para evaluar la estabilidad del aceite en sistemas que operan<br />
con refrigerantes halogenados, consiste en colocar partes iguales de<br />
aceite y R-12 en un tubo de vidrio, en presencia de materiales de prueba<br />
como acero y cobre. El tubo se sella para excluir el oxígeno y la humedad<br />
atmosférica. Se coloca el tubo en un horno y se calienta. Las condiciones<br />
típicas son 175°C, durante 14 días.<br />
Esta prueba no reproduce las condiciones encontradas en un sistema de<br />
refrigeración, pero incrementa en forma drástica las condiciones que<br />
pueden causar la descomposición del aceite y el refrigerante, formando<br />
los productos ya mencionados. Esta prueba es capaz de discriminar<br />
perfectamente, entre el aceite de alta y el de baja calidad.<br />
479
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Bajo estas condiciones, el cobre y el acero actúan como catalizadores,<br />
acelerando la reacción. El R-12 tiende a reaccionar con el aceite para<br />
formar R-22, además de otros productos. La formación del R-22 es una<br />
guía de la reacción.<br />
Después de 14 días, el contenido del tubo es analizado. Una medida<br />
cualitativa de la reactividad es el color del aceite después del calentamiento:<br />
si está oscuro, es indicación de una estabilidad pobre.<br />
Una técnica más cuantitativa, es analizar la cantidad de R-12 que se ha<br />
descompuesto. La medición del porcentaje de R-22 formado, indica lo<br />
lejos que llegó la reacción. Mientras más R-22, mayor reacción y menos<br />
estable el aceite.<br />
En sistemas que operan con amoníaco, se lleva a cabo una reacción<br />
diferente: el aceite puede oxidarse y formar ácidos orgánicos, los cuales<br />
pueden reaccionar con el amoníaco y formar lodos. Uno de los métodos<br />
más simples para probar la estabilidad del aceite en sistemas de amoníaco,<br />
es calentarlo en un vaso a 115°C, durante 4 días. La medición cualitativa<br />
es el color del aceite: mientras más oscuro, menos estable.<br />
Compatibilidad con otros materiales<br />
El aceite de un sistema debe se compatible con los elementos del mismo,<br />
tales como las aleaciones metálicas, sellos del sistema, conductos de<br />
materiales sintéticos, etc. En diferentes partes del sistema se tienen<br />
elastómeros, expuestos tanto al refrigerante como al aceite. La mezcla<br />
de refrigerante-aceite, puede causar que estos elastómeros se encojan o<br />
se hinchen, debilitándolos; no permitiendo que sellen, o que ocurra una<br />
extrusión de su posición original.<br />
Los elastómeros, aunque se comercializan bajo ciertos nombres específicos,<br />
tales como VITON - A, BUNA - N, etc., las composiciones pueden variar<br />
significativamente de un fabricante a otro; por lo que es recomendable<br />
realizar pruebas comparativas en distintas muestras para asegurar la<br />
compatibilidad con un compuesto concreto.<br />
La prueba consiste en pesar o medir una muestra del elastómero, y<br />
después sumergirla en una mezcla de aceite-refrigerante por un cierto<br />
tiempo y a una cierta temperatura. Se registra el porcentaje que cambia<br />
en peso o en dimensiones.<br />
Los aceites sintéticos y minerales, tienen casi el mismo efecto en<br />
elastómeros y plásticos, y en general, son compatibles con la mayoría de<br />
estos materiales.<br />
El carácter químicamente activo de algunos aditivos hace que éstos sean<br />
agresivos con los metales. Los aditivos que contienen azufre, cloro o<br />
fosfatos son agresivos con el cromo, el cobre y el latón.<br />
480
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
En cuanto a la compatibilidad entre lubricantes, se entiende esta propiedad<br />
como la capacidad de un lubricante para mezclarse con otros, sin<br />
reaccionar con ellos y provocar problemas, tales como precipitados o<br />
pérdida de prestaciones del lubricante. Si el uso de lubricantes<br />
incompatibles no se evita, surgirán estos problemas y pueden causarse<br />
daños irreparables en el sistema.<br />
La mayor parte de los casos de incompatibilidad son causados por los<br />
aditivos que se suman al lubricante para mejorar sus propiedades más<br />
débiles, aunque algunos son debidos al aceite base.<br />
Durante la fase de desarrollo los fabricantes realizan pruebas de<br />
compatibilidad con los productos de otros fabricantes, ya que no resulta<br />
comercialmente atractivo un producto que no pueda mezclarse con<br />
otros. La incompatibilidad puede surgir al mezclarse productos de distinto<br />
tipo (para diferentes aplicaciones) o productos del mismo tipo pero de<br />
distinto fabricante.<br />
Como regla general, no deben rellenarse sistemas con más de un 10%<br />
de aceite distinto al que tiene (aunque supuestamente sean compatibles),<br />
ni mezclar distintos tipos de aceites sintéticos, ya que no todos son<br />
compatibles entre sí, como muestra la siguiente tabla:<br />
Tipo de aceite base sintético Compatibilidad con aceite mineral<br />
Alcalibencenos Muy buena<br />
Polialfaolefinos Muy buena<br />
Diesteres Buena<br />
Poliglicoles Mala<br />
Ester de fosfato Aceptable<br />
Poliesteres Aceptable<br />
8.4. Manipulación<br />
Los requerimientos a los que están sometidos los lubricantes usados en<br />
refrigeración, repasados en el apartado anterior, fuerzan a que tengan<br />
que ser mezclados con otras sustancias (aditivos) capaces de conferirles<br />
las propiedades deseadas.<br />
Los aditivos se incorporan a los aceites en muy diversas proporciones,<br />
desde partes por millón, hasta el 20 % en peso de algunos aceites. Cada<br />
aditivo tiene una o varias misiones que cumplir, clasificándose al respecto,<br />
como unidades o multifunción hales.<br />
Fundamentalmente, los aditivos persiguen los siguientes objetivos:<br />
• Limitar el deterioro del lubricante a causa de fenómenos químicos<br />
ocasionados por razón de su entorno o actividad.<br />
481
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
• Proteger a la superficie lubricada de la agresión de ciertos<br />
contaminantes.<br />
• Mejorar las propiedades físico-químicas del lubricante o proporcionarle<br />
otras nuevas.<br />
El efecto que un aditivo causa en un tipo determinado de aceite no tiene<br />
por qué coincidir con el efecto que ocasionan en otro tipo. Los aditivos<br />
deben ser solubles en el aceite base y compatible (estable) con el resto<br />
de aditivos del lubricante, si existen.<br />
En mezcla con el aceite, dos o más aditivos son compatibles si no dan<br />
lugar a reacciones que formen compuestos indeseables o que mermen<br />
alguna de sus características. Hay que ser cautos al añadir aditivos en un<br />
aceite en uso y ser conocedores no sólo del tipo de aceite del que se<br />
trata, sino también, de las sustancias que ya se la hayan añadido.<br />
Los aditivos utilizados en aceites lubricantes pueden clasificarse, según<br />
las propiedades sobre las que actúan en los siguientes grupos:<br />
PROPIEDADES SOBRE<br />
LAS QUE ACTÚAN<br />
FÍSICAS-QUÍMICAS QUÍMICAS<br />
FÍSICAS<br />
VISCOSIDAD<br />
PUNTO DE<br />
CONGELACIÓN<br />
OXIDACIÓN<br />
TENDENCIA A LA<br />
CORROSIÓN<br />
CARBORNIZACIÓN<br />
FLOCULACIÓN<br />
ACCIÓN EJEMPLOS<br />
Mejoradores<br />
del índice de<br />
viscosidad<br />
Disminución<br />
del punto de<br />
congelación<br />
Disminución<br />
de la tendencia<br />
a la oxidación<br />
Inhibidores de<br />
la corrosión<br />
Evitar los<br />
depósitos<br />
carbonosos<br />
(la carbonización)<br />
Evitar la<br />
formación de<br />
lodos<br />
Poliisobutenos, Copolímeros de alquil metacrilato,<br />
Copolímeros de alquil acrilato, Copolímeros de vinil acetato-alquil<br />
fumaratos, Poliestireno alquilatado.<br />
Polímeros y copolímeros de alquil metacrilato, Poliacrilamidas,<br />
Copolimeros de vinil carboxilato-dialquil fumaratos, Poliestireno<br />
alquilatado, Polímeros y copolímeros de alfa-olefinas.<br />
Ditiofosfatos de zinc, Fenoles bloqueados, Aminas, Ditiocarbonatos<br />
de zinc, Terpenos sulfurizados, Terpenos fosfosulfurizados.<br />
Mezclas de mono, ditriorganofosfitos, obtenidos mediante<br />
la reacción de alcoholes o hidroxiésteres con tricloruro de fósforo.<br />
Detergentes<br />
Dispersantes: Copolímeros de alquil metacrilato y vinilpirolidona,<br />
Copolímeros de alquil metacrilato y diaquilaminoetil metacnlato,<br />
Poliisobutilen suceinimidas poliesteramidas.<br />
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U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Otros aditivos se muestran en la siguiente relación:<br />
• Aditivos de untuosidad o acetosidad: son compuestos que, siendo<br />
solubles con el aceite, presentan una fuerte polaridad, que permiten<br />
en condiciones de lubricación límite, disponer sus moléculas adheridas<br />
a la superficie metálica mediante fuerzas de tipo electrostático e<br />
incluso químicas, protegiéndolas cuando existen fuertes cargas o<br />
presiones.<br />
• Antiespumantes: Cuando un aceite está sometido a una acción de<br />
batido o agitación violenta, en presencia de aire, éste queda ocluido<br />
en la masa de aquél en forma de burbujas de distinto tamaño que<br />
tienden a subir a la superficie, formando espuma más o menos<br />
persistente. Los antiespumantes reducen este efecto.<br />
A parte del conocimiento de los aditivos que suele contener un lubricante,<br />
es importante conocer las precauciones a tener en cuenta durante un<br />
cambio de aceite para evitar la contaminación del medio ambiente.<br />
El aceite usado en una instalación frigorífica suele contener disuelto<br />
ciertos niveles de refrigerante que, como se verá en temas posteriores,<br />
no puede escapar a la atmósfera para evitar diversos tipos de contaminación<br />
que pueden producir: rotura de la capa de ozono, efecto invernadero,…<br />
Para evitar que el refrigerante escape se recomienda que el cambio de<br />
aceite se realice a bajas presiones. De este modo, el aceite no es capaz<br />
de mantener disuelto el refrigerante y éste se evapora en el interior del<br />
sistema. La presión debe ser reducida hasta unos 5 Psi. La reducción de<br />
presión puede realizarse bien en el interior del sistema y a continuación<br />
drenar el aceite por el orificio correspondiente; bien drenar el aceite<br />
hacia un recipiente especial y ser en este recipiente donde se reduzca<br />
la presión, y se le permita al gas evaporado volver al sistema.<br />
Una vez se ha recogido el aceite usado en un recipiente adecuado, es<br />
importante que sea llevado a un punto de recogida de este tipo de aceites<br />
para favorecer su reutilización, reciclaje, regeneración o biodegradación<br />
de modo que no dañe el medio ambiente.<br />
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U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
9. REFRIGERANTES<br />
9.1. Introducción<br />
La función de las instalaciones frigoríficas es la de enfriar un ambiente,<br />
para ello extraen calor de su interior y lo ceden al exterior. El agente<br />
que realiza dicho trasvase de calor de una zona a otra se denomina<br />
refrigerante o fluido frigorífico. Se usan como medio de transporte de<br />
calor entre dos puntos.<br />
El calor se puede transportar en forma de calor latente o en forma de<br />
calor sensible. En el primer modo, el fluido sufre un cambio de estado<br />
(de líquido a vapor) para absorber calor y otro cambio (de vapor a<br />
líquido) para cederlo; los refrigerantes que trabajan de este modo se<br />
denominan frigorígenos y son en los que se basará principalmente el<br />
presente apartado.<br />
El calor se transporta de modo sensible cuando el refrigerante únicamente<br />
sufre un aumento de temperatura para absorber calor y un descenso<br />
para cederlo. Los refrigerantes en este caso se denominan frigoríferos.<br />
En primer lugar se van a ver las propiedades que deben cumplir los<br />
fluidos para que se pueda considerar su posibilidad de ser utilizados<br />
como refrigerantes y se verá que las características concretas dependen<br />
siempre de la aplicación concreta que se requiera.<br />
Se va a describir la nomenclatura más usual para reconocimiento de los<br />
refrigerantes y se va a repasar la historia de los mismos, desde sus orígenes<br />
a las perspectivas de futuro.<br />
Se mostrará la variada tipología de refrigerantes existente, las propiedades<br />
de aquéllos de mayor uso en las aplicaciones actuales y la normativa<br />
vigente que los rige.<br />
Por último se darán indicaciones sobre los modos de operar con los<br />
refrigerantes, desde su almacenamiento hasta su eliminación.<br />
9.9.1. Propiedades<br />
Antes de buscar un refrigerante se deben conocer las necesidades de la<br />
instalación (temperatura interior a alcanzar, potencia frigorífica necesaria,<br />
materia a enfriar,…) para determinar el refrigerante a utilizar.<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Así:<br />
• Se decidirá la temperatura de evaporación en función de la<br />
temperatura interior a alcanzar, o<br />
• Se decidirá si un refrigerante es más o menos apropiado que otro en<br />
función de si la materia a enfriar es para uso alimentario y una posible<br />
fuga de refrigerante pueda contaminarla.<br />
Con todo ello, las siguientes son las propiedades que, en general, se<br />
deben exigir a todo fluido frigorígeno:<br />
Características físicas:<br />
Presión de vapor<br />
Es conveniente que sea superior a la presión atmosférica para evitar que<br />
en las zonas de baja presión algún poro en la instalación provoque la<br />
entrada de aire ambiente en el sistema con los perjuicios que, como se<br />
verá más adelante, ello conlleva al refrigerante y a la instalación.<br />
Presión de condensación<br />
Cuanto más baja sea, menos exigencias se le solicitarán a las tuberías y<br />
elementos auxiliares de la instalación, con el menor coste y las menores<br />
necesidades de mantenimiento que ello conlleva.<br />
Como consecuencia de los dos puntos anteriores, la relación de<br />
compresión también es aconsejable que sea baja, reduciendo así la<br />
potencia del compresor, aumentando su rendimiento (a menor relación<br />
de presión se producen menores fugas entre las juntas y ajustes de dicho<br />
elemento) y reduciendo el consumo de energía de la instalación.<br />
Calor latente de vaporización<br />
A mayor calor latente del fluido menor cantidad de éste será necesaria<br />
para absorber una determinada cantidad de calor. Con menos fluido los<br />
calibres de tuberías, conducciones y auxiliares se reducen, y también el<br />
coste de llenado-vaciado de la instalación, y así los costes tanto de la<br />
instalación en sí como los derivados de su explotación disminuyen.<br />
Características químicas:<br />
El fluido circulante por el ciclo frigorífico debe ser estable frente al<br />
contacto que realiza con todas las partes del sistema y frente a los cambios<br />
de estado y temperatura que sufre.<br />
Además, es aconsejable que las condiciones ambientales le afecten lo<br />
menos posible, de modo que las operaciones de mantenimiento requieran<br />
el menor número de elementos y aparatos posible.<br />
485
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U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Comportamiento frente a la humedad<br />
La higroscopicidad mide la capacidad de absorción de agua de cualquier<br />
sustancia. Los refrigerantes, como el resto de elementos, absorben cierta<br />
cantidad de agua cuando se les expone a la atmósfera, proveniente del<br />
vapor de agua presente en el aire.<br />
Cuanto más higroscópico es un fluido mayor absorción de agua presenta<br />
y, en las operaciones de reparación o de llenado de gas de la instalación,<br />
existe el riesgo de que el fluido absorba agua introduciéndose ésta en<br />
el ciclo.<br />
Los problemas que presenta el agua en la instalación son los siguientes:<br />
• El exceso de humedad puede congelarse a bajas temperaturas y<br />
restringir o detener el paso de refrigerante, a través de la válvula de<br />
expansión o del tubo capilar, dadas las reducidas secciones que éstos<br />
elementos poseen.<br />
• El exceso de agua puede reaccionar con el refrigerante formando<br />
ácidos corrosivos, los cuales causarán atascamientos, corrosión,<br />
quemaduras del motocompresor, y en general, deterioro del sistema<br />
de refrigeración.<br />
De este modo los refrigerantes es conveniente que sean poco higroscópicos.<br />
Comportamiento frente a los lubricantes<br />
Debido a la presencia de elementos mecánicos en continuo movimiento<br />
y al peligro de desgaste de las piezas y calentamiento de las partes, la<br />
presencia de lubricantes o aceites es inevitable en el interior de la<br />
instalación y, sobretodo, en el compresor.<br />
Cuando el refrigerante es comprimido en el compresor entra en contacto<br />
con el aceite. Si ambas sustancias tienen la propiedad de mezclarse se<br />
dice que son miscibles, y esta propiedad resulta adecuada para algunos<br />
temas e inadecuada para otros en las instalaciones de refrigeración.<br />
Como ventajas de la miscibilidad se tienen las siguientes:<br />
• La facilidad relativa para retornar el aceite al compresor.<br />
• La lubricación de diferentes partes del sistema.<br />
En cambio, presenta las siguientes desventajas:<br />
• La dilución del aceite en el cárter del compresor, que obliga a su<br />
reposición periódica para evitar la falta de lubricación cuando el<br />
nivel de aceite desciende.<br />
• La disminución de la transferencia de calor en el evaporador, al<br />
cambiar las propiedades físicas del refrigerante.<br />
• Problemas de control.<br />
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U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
A pesar de las desventajas anteriores, la mezcla o presencia conjunta de<br />
aceite y refrigerante es químicamente estable en la mayoría de casos. Si<br />
a la anterior mezcla se le añade agua, las condiciones cambian radicalmente<br />
y pueden llegar a la descomposición del aceite, formación de lodos y<br />
ácido, corrosión de superficies metálicas y depósitos de cobre.<br />
En dos partes del sistema la miscibilidad de lubricante y fluido frigorífico<br />
es de mayor interés: en el cárter del compresor y en el evaporador.<br />
Solubilidad en el cárter:<br />
En los refrigerantes que son completamente miscibles con el aceite el<br />
mayor problema es la dilución del aceite en el cárter del compresor<br />
cuando el sistema no está en operación, dado que la presión tiende a<br />
igualarse entre el lado de alta y el de baja, y el refrigerante tiende a<br />
acumularse en el cárter.<br />
Debido a la miscibilidad, el refrigerante se disuelve en el aceite y cuando<br />
esto sucede, los cojinetes pueden no tener la lubricación suficiente por<br />
un breve período al arranque del compresor. Eventualmente, esta<br />
condición puede causar desgaste excesivo y falla de los cojinetes. Este<br />
problema se previene reduciendo la cantidad de refrigerante en el aceite,<br />
por medio de dos métodos:<br />
• Calentadores de cárter.<br />
• Mediante el uso de una válvula solenoide conectada al control de<br />
baja o al termostato.<br />
Si el refrigerante no es soluble en el aceite o es parcialmente soluble se<br />
pueden formar dos capas en el cárter cuando el sistema no está operando.<br />
Con los refrigerantes pesados la capa de aceite estará arriba, mientras<br />
que con los ligeros la capa de aceite estará abajo.<br />
Puesto que la capa de aceite no contiene mucho refrigerante, sus<br />
propiedades lubricantes no cambian significativamente. Aunque en el<br />
fondo esté la capa de refrigerante líquido rodeando los cojinetes,<br />
generalmente a éstos les queda suficiente aceite para darles una lubricación<br />
adecuada durante el arranque, hasta que se obtengan las condiciones<br />
normales de operación.<br />
Las temperaturas a las que se forman dos capas líquidas y a las que se<br />
separan son diferentes para cada refrigerante<br />
Solubilidad en el evaporador:<br />
En el evaporador las temperaturas son mucho más bajas que en el cárter,<br />
y la concentración de aceite es relativamente más baja. En estas<br />
condiciones, el factor importante es la viscosidad del aceite.<br />
Esto es importante porque un aceite demasiado viscoso es difícil de<br />
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U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
remover del evaporador; mientras que un aceite demasiado ligero es<br />
fácilmente arrastrado por el refrigerante, fuera del evaporador.<br />
Cuando el refrigerante se disuelve en el aceite, se reduce la viscosidad.<br />
Por lo tanto, cuando la solubilidad del refrigerante en el aceite es alta,<br />
el aceite tiende a ser removido más fácilmente del evaporador. El diseño<br />
del evaporador y las dimensiones de la tubería son también factores<br />
importantes para ayudar al aceite a salir del evaporador.<br />
Estabilidad<br />
Un compuesto se dice estable cuando no reacciona con los elementos<br />
que tiene a su alrededor. Los refrigerantes suelen ser estables en las<br />
condiciones normales de funcionamiento en el interior de las instalaciones.<br />
Así, debe ser compatible con metales (tuberías y elementos mecánicos),<br />
elastómeros (juntas y accesorios) y plásticos (accesorios).<br />
Los problemas aparecen cuando dichas condiciones cambian, bien por<br />
la aparición de elementos extraños en la instalación (humedad, lubricante,<br />
impurezas por rozamiento de las piezas,..), bien por que hay alguna fuga<br />
y es el refrigerante el que contamina el ambiente exterior.<br />
Hay que prever la posible aparición de cualquiera de estas situaciones<br />
y escoger los refrigerantes más estables o, en su defecto, que los productos<br />
de la reacciones que ocurran causen los menos daños posibles a las<br />
personas, <strong>equipos</strong>, materiales refrigerados y medio ambiente.<br />
Características termodinámicas:<br />
Las características termodinámicas de un ciclo frigorífico son las que se<br />
definen a continuación:<br />
• Producción frigorífica específica: cantidad de calor que absorbe 1 kg<br />
de refrigerante en el evaporador.<br />
• Producción frigorífica volumétrica: cantidad de calor que absorbe 1<br />
m3 de refrigerante aspirado por el compresor.<br />
• Potencia frigorífica específica: cantidad de calor que teóricamente<br />
absorbe el refrigerante, por unidad de trabajo del compresor.<br />
Estas características presentan más variación en función de la tipología<br />
de la instalación en la que se realiza la prueba que en función del fluido<br />
comparado y por ello no son parámetros usados en la selección del<br />
refrigerante.<br />
Características de seguridad:<br />
El Reglamento de Seguridad para Plantas e Instalaciones Frigoríficas<br />
(aprobado según Real Decreto 3099/1977) en su instrucción técnica<br />
complementaria MI-IF-002 clasifica los refrigerantes según su grado de<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
peligrosidad inherente, en tres grupos de seguridad (Grupo primero:<br />
refrigerantes de alta seguridad; Grupo segundo: refrigerantes de media<br />
seguridad; y Grupo tercero: refrigerantes de baja seguridad). Para ello<br />
se basa en los efectos fisiológicos de los fluidos frigoríficos.<br />
A continuación, en la instrucción MI-IF-004, limita el uso de cada una<br />
de estas categorías a aplicaciones concretas, con el objeto de limitar los<br />
daños producidos por cualquier malfuncionamiento de las instalaciones.<br />
La clasificación se basa en las siguientes características:<br />
• Toxicidad o peligrosidad: causada por presentar mayor o menor<br />
grado de toxicidad por producir asfixia al desplazar el oxígeno.<br />
• Inflamación o explosión: causada a partir de ciertos límites de<br />
concentración en el aire.<br />
• Fugas: los refrigerantes muestran diferente facilidad para provocar<br />
fugas en el sistema frigorífico en operación, característica que depende<br />
además de los elementos de construcción, del aceite lubricante y del<br />
comportamiento del aceite-refrigerante.<br />
• Detección de fugas: con independencia de las pruebas de estanqueidad<br />
a que son sometidos los <strong>equipos</strong> nuevos, es necesario disponer de<br />
métodos de detección de fugas. Los detectores dependen del tipo de<br />
refrigerante y varían desde la simplicidad del agua jabonosa a los<br />
detectores electrónicos automáticos.<br />
Obviamente, comparando refrigerantes se escogerá el que menos riesgos<br />
muestre de toxicidad, inflamación, fugas y sea más fácilmente detectable.<br />
9.1.2. Nomenclatura<br />
El anteriormente citado Reglamento de Seguridad para Plantas e<br />
Instalaciones Frigoríficas, en su artículo 11.2 advierte que:<br />
“Los refrigerantes se denominarán o expresarán por su fórmula o denominación<br />
química, o, si procede, por su denominación simbólica numérica según se establezca<br />
en las instrucciones complementarias que dicte el Ministerio de Industria y Energía.<br />
En ningún caso será suficiente el nombre comercial”<br />
Se busca con esta orden, evitar el uso indebido de los fluidos frigoríficos<br />
y que las casas comerciales traten de esconder productos ilegales bajo<br />
sus denominaciones propias.<br />
La nomenclatura utilizada en el Reglamento y sus instrucciones<br />
complementarias se basa en la denominación estandarizada por la<br />
ASHRAE (“American Society of Heating, Refrigerating and Air<br />
conditioning Engineers”). Ésta tiene su origen en la formulación química<br />
de las sustancias que los componen.<br />
489
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Para entender mejor el sistema de denominación se mencionará que<br />
surgió para normalizar la diversidad de refrigerantes fluorocarbonados<br />
que iban surgiendo. Los fluorocarbonados son los refrigerantes compuestos<br />
por uno o varios átomos de carbono acompañados, según el refrigerante<br />
que se trate, de átomos de cloro, flúor, hidrógeno u otros elementos. La<br />
denominación daba por sentada la presencia de los átomos de cloro y<br />
el resto de numeración delataba cuántos átomos de carbono tenía la<br />
molécula y qué átomos eran los que les acompañaban para rellenar todas<br />
sus valencias.<br />
Posteriormente, la normalización se ha ampliado para tratar de abarcar<br />
todos los refrigerantes existentes (anteriores y posteriores a los<br />
fluorocarbonados), introduciendo para ello nuevos números y letras.<br />
A raíz del artículo del Reglamento, la instrucción complementaria MI-<br />
IF-002, establece las bases de dichas denominaciones:<br />
• La denominación simbólica numérica de un refrigerante se establecerá<br />
a partir de su fórmula química, consistiendo en una expresión<br />
numérica (precedida por la letra “R” de refrigerante) en la que:<br />
a) La primera cifra de la derecha, en los compuestos que carezcan<br />
de bromo, indicará el número de átomos de flúor de su molécula.<br />
b) A la izquierda de la anterior se indicará con otra cifra el número<br />
de átomos de hidrógeno de su molécula más uno.<br />
c) A la izquierda de la anterior se indicará con otra cifra el número<br />
de átomos de carbono de su molécula menos uno (si resultara<br />
cero no se indicará).<br />
d) El resto de los enlaces se completará con átomos de cloro.<br />
e) Si la molécula contiene átomos de bromo se procederá de la<br />
manera indicada hasta aquí, añadiendo luego a la derecha una<br />
B mayúscula, seguida del número de dichos átomos.<br />
f) En los compuestos isómeros, el más simétrico (en pesos atómicos)<br />
se indicará sin letra alguna a continuación de los números. Al<br />
aumentar la asimetría, se colocarán las letras a, b, c, etc.<br />
g) Los compuestos no saturados seguirán las letras anteriores,<br />
anteponiendo el número 1 como cuarta cifra, contada desde la<br />
derecha.<br />
h) Los zeótrepos y azeótropos o mezclas determinadas de refrigerantes<br />
se expresarán mediante las denominaciones de sus componentes,<br />
intercalando, entre paréntesis, el porcentaje en peso<br />
correspondiente a cada uno. Los zeótropos también pueden<br />
designarse por un número de la serie 400 completamente<br />
arbitrario, y los azeótropos por un número de la serie 500<br />
completamente arbitrario.<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
i) Los números de identificación de los refrigerantes de los<br />
compuestos inorgánicos se obtienen añadiendo a 700 los pesos<br />
moleculares de los compuestos. Cuando dos o más refrigerantes<br />
inorgánicos tienen los mismos pesos moleculares se utilizan las<br />
A, B, C, etc. , para distinguirlos entre ellos.<br />
Expliquemos por puntos las distintas partes del esquema de nomenclatura.<br />
La siguiente figura representa simbólicamente la nomenclatura descrita<br />
hasta el punto e) de la lista anterior:<br />
Ejemplo: Escribir la denominación simbólica numérica del<br />
Triclorofluormetano CCl3F.<br />
La forma de la molécula es la siguiente:<br />
La forma de dibujar las moléculas es ir rellenando las valencias del<br />
Carbono (4) con el resto de átomos.<br />
Siguiendo la figura anterior:<br />
• (B), no se pondrá nada porque la molécula no tiene átomos de<br />
Bromo.<br />
• F, será 1 porque la molécula tiene 1 átomo de Flúor.<br />
• H+1, será igual a 1 porque la molécula tiene 0 átomos de Hidrógeno.<br />
• C-1, no se indicará porque la molécula tiene 1 átomo de Carbono y<br />
al restarle 1 el resultado es 0.<br />
• Como se tiene 1 átomo de carbono y unidos a él de momento sólo<br />
un átomo de flúor, las 3 valencias libres del Carbono se rellenan con<br />
3 átomos de cloro.<br />
La denominación simbólica del Triclorofluormetano CCl3F es:<br />
R-11<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Ejemplo: Llegar a la formulación química del R-115.<br />
Con el mismo esquema:<br />
• No existen átomos de Bromo, ya que no aparece la letra B.<br />
• El número de átomos de Flúor es igual a 5.<br />
• El número de átomos de Hidrógeno es 0.<br />
• El número de átomos de Carbono es igual a 2.<br />
La forma de la molécula será la siguiente:<br />
Y su denominación química es Cloropentafluoretano.<br />
El punto f) se refiere a los compuestos isómeros. Los compuestos isómeros<br />
son aquéllos que teniendo la misma fórmula molecular (igual número<br />
de átomos de todos los componentes) son compuestos distintos por la<br />
distribución desigual de estos átomos en la molécula, hecho que les<br />
confiere propiedades distintas.<br />
El punto f) explica, entonces, que ante dos denominaciones simbólicas<br />
numéricas iguales salvo el número final, se tratará de la misma fórmula<br />
molecular y el que no tenga, o tenga una letra anterior al otro, será más<br />
simétrico en la distribución de sus átomos componentes.<br />
En el punto g) se habla de los compuestos no saturados, siendo éstos los<br />
compuestos en los que la valencia de alguno de los átomos de Carbono<br />
tiene alguna de sus valencias libres. Para avisar de este hecho y que no<br />
se rellenen todas las valencias con átomos de cloro (como sería el modo<br />
de proceder en caso de que fuera saturado) se antepone el número 1<br />
entre la tercera y cuarta cifra.<br />
Los zeótropos y azeótropos nombrados en el punto h) son mezclas de<br />
refrigerantes en distintos porcentajes para conseguir nuevos refrigerantes<br />
de características distintas. Su denominación se realiza bien mediante<br />
las denominaciones de sus componentes, intercalando, entre paréntesis,<br />
el porcentaje en peso correspondiente a cada uno, o bien pueden<br />
designarse por un número de la serie 400 ó 500, respectivamente,<br />
492
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
completamente arbitrario (según se van descubriendo o fabricando<br />
nuevos azeótropos se les van asignando denominaciones).<br />
La diferencia entre las mezclas zeotrópicas y azeotrópicas radica en que<br />
las azeotrópicas se comportan como si se tratara de un componente<br />
único cuando se producen una ebullición o una licuación, mientras que<br />
en las zeotrópicas no es así. En éstas uno de los componentes es más<br />
volátil y comienza-termina antes de la ebullición, mientras que el otro<br />
componente lo hace más tarde. Como consecuencia, se tiene que en<br />
esos instantes las fases líquido y vapor no tienen la misma composición<br />
química y se comportan como sustancias distintas que son.<br />
Las azeotrópicas se comportan en todo momento como un único<br />
componente, presentando la misma composición tanto la parte líquida<br />
como el gas.<br />
Los compuestos inorgánicos son aquéllos que carecen en su composición<br />
de átomos de Carbono; fueron los primeros refrigerantes y algunos de<br />
ellos continúan usándose. Según el punto i), estos refrigerantes se<br />
denominan sumando 700 (serie 700) a su peso molecular. Para ello hay<br />
que conocer la fórmula química del compuesto y los pesos moleculares<br />
de sus átomos dados en la Tabla de Elementos Químicos. Si varios<br />
compuestos tienen el mismo peso molecular, entre ellos se distinguen<br />
posponiendo las letras A, B, C… al anterior número.<br />
Tabla periódica de los Elementos Químicos<br />
493
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
9.2. Historia de los refrigerantes<br />
9.2.1. Orígenes<br />
La práctica de la refrigeración, probablemente ha existido desde la época<br />
de las cavernas. Con frecuencia, en la historia se menciona el uso de<br />
hielo y nieve naturales para fines de enfriamiento. Los chinos, y después<br />
los romanos, los usaban para enfriar sus bebidas. En algunos lugares<br />
donde sólo tienen hielo en el invierno, lo almacenaban en fosos para<br />
usarlo en el verano. En lugares desérticos donde no disponían de hielo<br />
o nieve en ninguna época del año, como en Egipto, se utilizaba la<br />
evaporación del agua para el enfriamiento de bebidas, y hasta algunos<br />
dispositivos ingeniosos para hacer la estancia más confortable.<br />
El agua fue el primer refrigerante, con una larga historia de uso,<br />
continuando hasta nuestra época. Con el paso del tiempo, se han hecho<br />
mejoras en cuanto a su manejo y almacenamiento, pero aún se utiliza<br />
el hielo natural por todo el mundo. El uso histórico y fundamental del<br />
hielo ha sido reconocido en una unidad de refrigeración: la tonelada de<br />
refrigeración, la cual se define como la cantidad de calor que se requiere<br />
para fundir dos mil libras (unos 907 Kg) de hielo en 24 horas.<br />
9.2.2. Evolución (descubrimientos y mejoras)<br />
En refrigeración se dio un gran paso adelante, allá por el año 1600,<br />
cuando se descubrió que una mezcla de hielo con sal producía<br />
temperaturas más bajas que el hielo sólo. En cierta manera, ésta fue la<br />
primera mejora sobre la naturaleza en el campo de la refrigeración.<br />
Hacia finales del siglo XVIII, la inventiva del hombre se había dirigido<br />
hacia la producción de frío en el momento y tiempo que se deseara. Se<br />
desarrollaron máquinas para disminuir la presión del vapor del agua y<br />
acelerar su evaporación. También recibió considerable atención el arte<br />
de producir frío por la liberación de aire comprimido.<br />
Durante la primera parte del siglo XIX se desarrollaron máquinas para<br />
la compresión de vapor y se probaron muchos fluidos como refrigerantes,<br />
entre los que sobresalieron el amoníaco (NH3), bióxido de carbono<br />
(CO2), bióxido de azufre (SO2), cloruro de metilo (CH3Cl) y en cierta<br />
medida, algunos hidrocarburos. A finales del siglo, la refrigeración<br />
mecánica estaba firmemente establecida.<br />
Durante muchos años (desde 1876), al amoníaco se le han encontrado<br />
excelentes propiedades como refrigerante, y desde entonces ha sido el<br />
refrigerante más utilizado comúnmente. Aún en la actualidad ha<br />
demostrado ser satisfactorio, sobre todo en refrigeración industrial en<br />
grandes plantas.<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
En las décadas siguientes la atención fue orientada hacia el mejoramiento<br />
del diseño mecánico y la operación de los <strong>equipos</strong>. A principios del siglo<br />
XX se desarrollaron las unidades domésticas, y los refrigerantes en uso<br />
en ese tiempo, padecían de una o más propiedades riesgosas. Algunos<br />
eran tóxicos, otros inflamables, y otros más operaban a muy altas presiones,<br />
por lo que, para estos <strong>equipos</strong> más pequeños, los ingenieros se enfocaron<br />
al refrigerante de más baja presión de operación: el bióxido de azufre.<br />
Este refrigerante tiene algunas fallas serias, como la formación de ácido<br />
sulfuroso cuando se combina con el agua; es muy corrosivo y ataca las<br />
partes del sistema. Además de esto, cuando se fuga -aún en pequeñísimas<br />
cantidades- causa tos violenta y ahogamiento. Estas cualidades indeseables,<br />
obligaron a los fabricantes a hacer las unidades menos propensas a fugas<br />
y a tener precaución de secarlas, logrando reducir los requerimientos<br />
de servicio hasta un punto donde las desventajas del refrigerante no eran<br />
tan grandes. Literalmente, se construyeron millones de esas unidades<br />
que utilizaban bióxido de azufre, las cuales operaban satisfactoriamente.<br />
9.2.3. Presente y Futuro<br />
En 1928, el vicepresidente de una importante compañía de automóviles,<br />
C.F. Kettering, decidió que la industria de la refrigeración, si quería llegar<br />
a alguna parte, necesitaba un nuevo refrigerante seguro y estable, que<br />
no fuera tóxico, corrosivo ni inflamable, y que tuviera las características<br />
necesarias para poder usarse en <strong>equipos</strong> compactos. Kettering solicitó<br />
a Thomas Midgely que explorara la posibilidad de desarrollar dicho<br />
producto.<br />
Un grupo de químicos se pusieron manos a la obra e iniciaron la búsqueda<br />
de tal refrigerante. Sabían que las combinaciones de flúor eran muy<br />
estables, así que experimentaron con algunos de los compuestos químicos<br />
comunes de carbono, cloro e hidrógeno, sustituyendo átomos de cloro<br />
e hidrógeno por átomos de flúor, y en poco tiempo, lograron sintetizar<br />
el diclorodifluorometano. Demostraron que no era inflamable y que<br />
tenía una toxicidad inusualmente baja.<br />
Los experimentos consistieron en reordenar la molécula de tetracloruro<br />
de carbono. Comparando esta molécula con la de metano: se ve que las<br />
dos son similares, excepto que el metano tiene 4 átomos de hidrógeno<br />
y el tetracloruro tiene 4 átomos de cloro.<br />
Molécula del CCI4 Molécula del CH4<br />
495
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Reemplazando un átomo de cloro por un átomo de flúor se tiene otro<br />
compuesto más estable, llamado tricloromonofluorometano o R-11. Si<br />
se reemplazan dos átomos de cloro por dos de flúor, se obtiene el<br />
diclorodifluorometano o R-12.<br />
Molécula del CCI3F (R-11) Molécula del CCI2F2 (R-12)<br />
Este es el origen de los refrigerantes clorofluorocarbonados. En 1929 se<br />
le solicitó a una compañía química que ayudara a desarrollar un proceso<br />
comercial práctico para la fabricación del nuevo refrigerante. Con este<br />
desarrollo nació la industria de los refrigerantes halogenados, ninguno<br />
de los cuales existía antes. El primero de ellos fue el Freón 12, que<br />
durante muchos años fue el más popular. De allí siguieron el Freón 11,<br />
el Freón 21, el Freón 114, y el Freón 22, cada uno con sus características<br />
especiales.<br />
Sin embargo, el desarrollo de los refrigerantes Freón no tuvo una<br />
recepción entusiasta. Las comisiones de seguridad eran prudentes en<br />
sus sanciones; los técnicos de servicio estaban inconformes respecto a<br />
las fugas, porque no los podían detectar con el olfato; los contratistas los<br />
rechazaban porque costaban más que el bióxido de azufre, y algunos de<br />
los fabricantes líderes, se negaban a diseñar el equipo de refrigeración<br />
que se ajustara a las propiedades termodinámicas de estos refrigerantes.<br />
Gradualmente, surgieron diseños que usaban pequeñas cantidades de<br />
estos refrigerantes costosos. Se diseñaron compresores, evaporadores,<br />
condensadores e intercambiadores; se construyeron unidades paquete<br />
con un mínimo de uniones, y cada unión estaba cuidadosamente diseñada<br />
y fabricada para eliminar fugas. Se utilizaron nuevos materiales que no<br />
podían ser utilizados con seguridad con los antiguos refrigerantes, los<br />
técnicos se volvieron expertos en la detección de fugas, y el Freón arribó<br />
como un refrigerante aceptado. El resultado fue que los freones eran<br />
virtualmente la base de todas las unidades pequeñas, y era usado también<br />
en trabajos grandes de aire acondicionado.<br />
Con el tiempo, se fueron desarrollando otros compuestos halogenados<br />
y creció la familia de los freones. Además de refrigerantes, se les<br />
encontraron otras aplicaciones, tales como propelentes, solventes,<br />
extinguidores de fuego, agentes espumantes y otros. Algunos años más<br />
496
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
tarde, otras compañías comenzaron a fabricar los compuestos halogenados<br />
con otros nombres comerciales.<br />
Para la década de los setenta, ya había sospechas de que estos compuestos<br />
afectaban la capa de ozono de la atmósfera, pero no se podía demostrar,<br />
y tal aseveración no era aceptada por los fabricantes. Al principio de los<br />
ochenta, estudios hechos por científicos de la NASA por medio de<br />
satélites, descubrieron un "adelgazamiento" de la capa de ozono en la<br />
Antártida, y estudios posteriores, comprobaron que el deterioro del<br />
ozono estratosférico era debido a la emisión de compuestos halogenados,<br />
principalmente los que contienen bromo y cloro.<br />
Después de varios años de negociaciones se llevó a cabo un acuerdo<br />
internacional en 1989 en la ciudad de Montreal, Canadá, por lo que se<br />
le conoce como el Protocolo de Montreal. Este protocolo es un esfuerzo<br />
unido de gobiernos, científicos, industrias y grupos ecologistas coordinados<br />
por la UNEP (Programa Ambiental de las Naciones Unidas).<br />
Este acuerdo consistió en regular la producción y uso de los<br />
clorofluorocarbonos (CFC) de manera gradual, hasta su total<br />
desfasamiento antes del año 2000, partiendo de la base de los niveles de<br />
producción mundial que había en 1986.<br />
Mientras tanto, los fabricantes de refrigerantes trabajaban en la búsqueda<br />
de productos nuevos para sustituir los que iban a desaparecer. Rápidamente<br />
desarrollaron compuestos para sustituir al R-11 y al R-12, que tienen<br />
propiedades termodinámicas muy similares, pero que no afectan la capa<br />
de ozono. Estos refrigerantes son el R-123 y el R-134a, que en la actualidad<br />
ya se están produciendo comercialmente, y algunos fabricantes de equipo<br />
original ya los están incluyendo en sus unidades. Dichos productos<br />
pueden utilizarse también en <strong>equipos</strong> usados que actualmente funcionan<br />
con R-11 o R-12, haciendo algunas modificaciones al compresor, tales<br />
como utilizar aceite sintético en lugar de aceite mineral y cambiar algunos<br />
sellos o empaques, por otros de diferente material.<br />
Se desarrollaron también refrigerantes como el R-124 y el R-125, para<br />
sustituir al R-114 y algunas aplicaciones del R-502, respectivamente. Otras<br />
alternativas aceptables para reemplazar al R-12 y al R-502 durante el<br />
período de transición, hasta el desfasamiento total, son las mezclas<br />
ternarias. Las mezclas ternarias, son mezclas azeotrópicas de tres diferentes<br />
refrigerantes de entre los siguientes: 22, 124, 125, 134a, 152a y propano.<br />
Estas mezclas tienen características muy similares a los clorofluorocarbonos,<br />
pero con un impacto ambiental grandemente reducido y que requieren<br />
un mínimo de cambios en los <strong>equipos</strong>, comparados con otros refrigerantes<br />
alternos.<br />
La historia se repite de manera similar, como a principios de la década<br />
de los años treinta, cuando se introdujo comercialmente el R-12. La<br />
497
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
introducción de los nuevos refrigerantes va a requerir de información<br />
y capacitación tanto de técnicos, contratistas y fabricantes de equipo<br />
original. Su costo actualmente es entre 2.5 y 4 veces más, pero a diferencia<br />
de la primera vez, en esta ocasión son la única alternativa, y además,<br />
existe la conciencia ecológica, lo que hace que tengan que aceptarse<br />
estos nuevos productos.<br />
Para poder utilizarlos en sistemas que actualmente están trabajando, va<br />
a ser necesario rehabilitar el compresor del sistema en lo que se refiere<br />
a cambiar algunos materiales como sellos o empaques, ya que los que<br />
son compatibles con el R-11 y el R-12, no lo son con el R-123 y el R-134a.<br />
Además, para estos refrigerantes sustitutos se tienen que utilizar aceites<br />
sintéticos a base de polialquilenglicol (PAG), de poliol-éster (POE), o<br />
de Alquil Benceno.<br />
Clasificaciones<br />
9.3. Clasificación y Normativa<br />
Las posibilidades de clasificación de los refrigerantes son muy variadas.<br />
En la introducción del presente capítulo se ha hecho ya mención a una<br />
de ellas, la de refrigerantes frigorígenos y frigoríferos:<br />
• Se denomina refrigerante frigorígeno o primario a aquél que para<br />
el trasvase de calor de un punto del ciclo de refrigeración a otro sufre<br />
un cambio de estado; el trasvase se hace por medio de calor latente.<br />
• El refrigerante frigorífero o secundario es el que para el trasvase sufre<br />
únicamente un cambio de temperatura; el trasvase se hace por medio<br />
de calor sensible.<br />
La Instrucción Complementaria MI-IF-002 del Reglamento de Seguridad<br />
para Plantas e Instalaciones Frigoríficas clasifica los fluidos refrigerantes<br />
según su grado de seguridad (Tabla I). Seguidamente nombra los efectos<br />
fisiológicos de cada uno de ellos (Tabla II). A continuación se muestran<br />
las dos tablas clasificatorias.<br />
498
Nº de<br />
identificación<br />
del refrigerante.<br />
Grupo primero:<br />
Refrigerantes<br />
de alta seguridad<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
TABLA I: CLASIFICACIÓN DE LOS REFRIGERANTES<br />
Nombre químico Fórmula química<br />
499<br />
Peso<br />
molecular<br />
en gramos<br />
Punto de<br />
ebullición<br />
enº C a<br />
1,013 bar<br />
R-11 Triclorofluormetano CCl2F 137,4 23,8<br />
R-12 Diclorodifluormetano CCl2F2 120,9 -29,8<br />
R-13 Clorotrifluormetano CClF3 104,5 -81,5<br />
R-13B1 Bromotrifluormetano CBrF3 148,9 -58<br />
R-14 Tetrafluoruro de carbono CF4 88 -128<br />
R-21 Diclorofluormetano CHCl2F 102,9 8,92<br />
R-22 Clorodifluormetano CHClF2 86,5 -40,8<br />
R-113 1,1,2-Triclorotrifluoretano CCl2FCClF2 187,4 47,7<br />
R-114 1,2-Diclorotetrafruoretano CClF2CClF2 170,9 3,5<br />
R-115 Cloropentafluoretano CClF2CF2 154,5 -38,7<br />
R-C318 Octofluorciclobutano C4F8 200 -5,9<br />
R-500<br />
R-12 (73,8%)<br />
R-152a (26,2%)<br />
CCl2F2<br />
CH3CHF2<br />
99,29 -28<br />
R-502<br />
R-22 (48,8%)<br />
R-115 (51,2%)<br />
CHClF2<br />
CClF2CF3<br />
112 -45,6<br />
R-744 Anhídrido carbónico CO2 44 -78,5<br />
R-23 Trifluormetano CHF3 70,01 -82,15<br />
R-123 2,2-dicloro-1,1,1-trifluoretano CHCl2-CF3 153 27,96<br />
R-124 2 Cloro-1,1,1,2-tetrafluoretano CHClF-CF3 136,5 -12,05<br />
R-125 Pentafluoretano CHF2-CF3 120,02 -48,41<br />
R-134ª 1,1,1,2-Tetrafluoretano CH2F-CF3 102 -26,14<br />
R-401ª Clorodifluormetano (R-22) CHClF2 (53%)<br />
(53/13/34) 1,1-Difluoretano (R-152a) CH3-CHF2 (13%) 94,44 -33,08<br />
2 Cloro-1,1,1,2-tetrafluoretano<br />
CHClF-CF3<br />
(R- 124)<br />
(34%)<br />
R-401B Clorodifluormetano (R-22) CHClF2 (61%)<br />
(61/11/28) 1,1-Difluoretano (R-152a) CH3-CHF2 (11%) 92,84 -34,67<br />
2 Cloro-1,1,1,2-tetrafluoretano<br />
CHClF-CF3<br />
(R- 124)<br />
(28%)<br />
R-401C Clorodifluormetano (R-22) CHClF2 (33%)<br />
(33/15/52) 1,1-Difluoretano (R-152a) CH3-CHF2 (15%) 101,04 -28,43<br />
2 Cloro-1,1,1,2-tetrafluoretano<br />
CHClF-CF3<br />
(R-124)<br />
(52%)<br />
R-402ª Pentafluoretano (R-125) CHF2-CF3 (60%)<br />
(60/2/38) Propano (R-290) C3H8 (2%) 101,55 -49,19<br />
Clorodifluormetano (R-22) CHClF2 (38%)<br />
R-402B Pentafluoretano (R-125) CHF2-CF3 (38%)<br />
(38/2/60) Propano (R-290) C3H8 (2%) 94,71 -47,36<br />
Clorodifluormetano (R-22) CHClF2 (60%)<br />
R-404ª Pentafluoretano (R-125) CHF2-CF3 (44%)<br />
(44/4/52) 1,1,1,2-tetrafluoretano (R-134a) CH2F-CF3 (4%) 97,6 -46,69<br />
1,1,1-Trifluoroetano (R-143a) H3-CF3 (52%)<br />
R-407C Difluormetano (R-32) CH2F2 (23%)<br />
(23/25/52) Pentafluormetano (R-125) CHF2-CF3 (25%) 86,2 -43,44<br />
1,1,1,2-tetrafluoretano (R-134a) CH2F-CF3 (52%)
Grupo segundo:<br />
Refrigerantes de media seguridad<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
TABLA I: CLASIFICACIÓN DE LOS REFRIGERANTES<br />
R-30 Cloruro de metileno CH2Cl2 84,9 40,1<br />
R-40 Cloruro de metilo CH2Cl 50,5 -24<br />
R-160 Cloruro de etilo CH3CH2Cl 64,5 12,5<br />
R-611 Formiato de metilo HCOOCH2 60 31,2<br />
R-717 Amoníaco NH3 17 -33<br />
R-764 Anhídrido sulfuroso SO2 64 -10<br />
R-1130<br />
Grupo tercero:<br />
Refrigerantes de baja seguridad<br />
1,2-Dicloroetileno CHCl = CHCl 96,9 48,5<br />
R-170 Etano CH3CH3 30 -88,6<br />
R-290 Propano CH3CH2CH3 44 -42,8<br />
R-600 Butano CH3CH2CH2CH3 58,1 0,5<br />
R-600a Isobutano CH(CH3)3 58,1 -10,2<br />
R-1150 Etileno CH2 = CH2 28 -103,7<br />
500
Número de<br />
identificación del<br />
refrigerante<br />
Nombre químico<br />
Grupo primero: Refrigerantes de alta seguridad<br />
R-11<br />
R-12<br />
R-13<br />
R-13B1<br />
R-14<br />
R-21<br />
R-22<br />
R-113<br />
R-114<br />
R-115<br />
R-C318<br />
R-500<br />
R-502<br />
R-744<br />
R-23<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
TABLA II: EFECTOS FISIOLÓGICOS DE LOS REFRIGERANTES<br />
Porcentaje<br />
Fórmula<br />
química<br />
501<br />
en volumen de<br />
concentración<br />
en aire<br />
* ** ***<br />
Características Advertencias<br />
Triclorofluormetano CCl2F - - 10<br />
20<br />
a (1)<br />
Diclorodifluormetano CCl2F2 - - a<br />
30<br />
20<br />
b (1)<br />
Clorotrifluormetano CClF3 - - a<br />
30<br />
20<br />
b (1)<br />
Bromotrifluormetano CBrF3 - - a<br />
30<br />
b (1)<br />
Tetrafluoruro de carbono CF4 - - - - (1)<br />
Diclorofluormetano CHCl2F - 10 5 a (1)<br />
Clorodifluormetano CHClF2 - - 20 b (1)<br />
1,1,2-Triclorotrifluoretano CCl2FCClF2 -<br />
5 a<br />
10<br />
2,5<br />
20<br />
a (1)<br />
1,2-Diclorotetrafruoretano CClF2CClF2 - - a<br />
30<br />
20<br />
b (1)<br />
Cloropentafluoretano CClF2CF2 - - a<br />
30<br />
20<br />
b (1)<br />
Octofluorciclobutano C4F8 - - a<br />
30<br />
b (1)<br />
R-12 (73,8%)<br />
R-152a (26,2%)<br />
CCl2F2<br />
CH3CHF2<br />
- - 20 b (1)<br />
R-22 (48,8%)<br />
R-115 (51,2%)<br />
CHClF2<br />
CClF2CF3<br />
- - 20 b (1)<br />
Anhídrido carbónico CO2 8<br />
5 a<br />
6<br />
2 a<br />
4<br />
c (1)<br />
Trifluormetano CHF3 >60* >23 5 a,b
Número de<br />
identificación del<br />
refrigerante<br />
Nombre químico<br />
Grupo primero: Refrigerantes de alta seguridad<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
R-123 2,2-dicloro-1,1,1-trifluoretano CHCl2-CF3 2* 0,5 0,1 a,b<br />
R-124 2 Cloro-1,1,1,2-tetrafluoretano CHClF-CF3 2,5* 10,4 5 a,b<br />
R-125 Pentafluoretano CHF2-CF3 10* 10 5 a,b<br />
R-134a 1,1,1,2-Tetrafluoretano CH2F-CF3<br />
CHClF2<br />
7,5* 20 5 a,b<br />
R-401A Clorodifluormetano (R-22) (53%)<br />
(53/13/34) 1,1-Difluoretano (R-152a)<br />
CH3-CHF2<br />
(13%)<br />
5* 10 5 a,b<br />
2 Cloro-1,1,1,2-tetrafluoretano<br />
(R-124)<br />
R-401B Clorodifluormetano (R-22)<br />
(61/11/28) 1,1-Difluoretano (R-152a)<br />
2 Cloro-1,1,1,2-tetrafluoretano<br />
1(R-24)<br />
R-401C Clorodifluormetano (R-22)<br />
(33/15/52) 1,1-Difluoretano (R-152a)<br />
2 Cloro-1,1,1,2-tetrafluoretano<br />
(R-124)<br />
TABLA II: EFECTOS FISIOLÓGICOS DE LOS REFRIGERANTES<br />
Porcentaje<br />
Fórmula<br />
química<br />
CHClF-CF3<br />
(34%)<br />
CHClF2<br />
(61%)<br />
CH3-CHF2<br />
(11%)<br />
CHClF-CF3<br />
(28%)<br />
CHClF2<br />
(33%)<br />
CH3-CHF2<br />
(15%)<br />
CHClF-CF3<br />
(52%)<br />
CHF2-CF3<br />
(60%)<br />
502<br />
en volumen de<br />
concentración<br />
en aire<br />
* ** ***<br />
5* 10 5 a,b<br />
2,5* 10 5 a,b<br />
R-402A Pentafluoretano (R-125)<br />
(60/2/38) Propano (R-290) C3H8 (2%)<br />
CHClF2<br />
5* 10 5 a,b<br />
Clorodifluormetano (R-22) (38%)<br />
CHF2-CF3<br />
R-402B Pentafluoretano (R-125) (38%)<br />
(38/2/60) Propano (R-290) C3H8 (2%)<br />
CHClF2<br />
5* 10 5 a,b<br />
Clorodifluormetano (R-22) (60%)<br />
CHF2-CF3<br />
R-404A Pentafluoretano (R-125) (44%)<br />
(44/4/52)<br />
1,1,1,2-tetrafluoretano<br />
(R-134a)<br />
CH2F-CF3<br />
(4%)<br />
H3-CF3<br />
5* 10 5 a,b<br />
1,1,1-Trifluoroetano (R-143a) (52%)<br />
CH2F2<br />
R-407C Difluormetano (R-32)<br />
(23%)<br />
(23/25/52) Pentafluormetano (R-125)<br />
CHF2-CF3<br />
(25%)<br />
CH2F-CF3<br />
5* 10 5 a,b<br />
1,1,1,2-tetrafluoretano (R-134a) (52%)<br />
Características Advertencias
Número de<br />
identificación del<br />
refrigerante<br />
Nombre químico<br />
Grupo segundo:<br />
Refrigerantes de media seguridad<br />
R-30 Cloruro de metileno CH2Cl2<br />
R-40 Cloruro de metilo CH2Cl<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
R-160 Cloruro de etilo CH3CH2Cl<br />
R-717 Amoníaco NH3<br />
R-764 Anhídrido sulfuroso SO2<br />
R-1130 1,2-Dicloroetileno CHCl = CHCl -<br />
Grupo tercero:<br />
Refrigerantes de baja seguridad<br />
TABLA II: EFECTOS FISIOLÓGICOS DE LOS REFRIGERANTES<br />
Porcentaje<br />
Fórmula<br />
química<br />
503<br />
en volumen de<br />
concentración<br />
en aire<br />
* ** ***<br />
5 a<br />
5,4<br />
15 a<br />
30<br />
15 a<br />
30<br />
0,5<br />
a 1<br />
0,2<br />
a 1<br />
2 a<br />
2,4<br />
2 a 4<br />
0,2 a (2)<br />
0,05 a<br />
0,1<br />
f (2)<br />
6 a 10 2 a 4 f (2)<br />
0,2 a<br />
0,3<br />
0,04 a<br />
0,05<br />
2 a<br />
2,5<br />
0,01 a<br />
0,03<br />
0.005 a<br />
0,004<br />
Características Advertencias<br />
d,e (3)<br />
d,e (3)<br />
- f (2)<br />
R-170 Etano CH3CH3 -<br />
4,7 a<br />
5,5<br />
g (4)<br />
R-290 Propano CH3CH2CH3 6,6<br />
4,7 a<br />
5,5<br />
g (4)<br />
R-600 Butano CH3CH2CH2CH3 - 5 a 5,6 g (4)<br />
R-600a Isobutano CH(CH3)3 -<br />
4,7 a<br />
5,5<br />
g (4)<br />
R-1150 Etileno CH2 = CH2 - - g (4)
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Los significados de cada uno de los símbolos usados en la tabla II son<br />
los siguientes:<br />
• * Lesión mortal o importante en pocos minutos.<br />
• ** Peligroso de los treinta a los sesenta minutos.<br />
• *** Inocuo de una a dos horas.<br />
• (1) Pueden producirse gases de descomposición tóxicos en presencia<br />
de llamas, su olor intenso proporciona un aviso antes de alcanzarse<br />
cocentraciones peligrosas.<br />
• (2) Gases de descomposición tóxicos e inflamables.<br />
• (3) Corrosivo.<br />
• (4) Altamente inflamable.<br />
• a) A altas concentraciones produce efectos soporíferos.<br />
• b) A altas concentraciones provoca una disminución de la cantidad<br />
de oxígeno, originando sofoco y peligro de asfixia.<br />
• c) No posee olor característico, pero posee un margen muy pequeño<br />
entre los efectos no tóxicos y mortales.<br />
• d) Olor característico, incluso a concentraciones muy bajas.<br />
• e) Irritante, incluso a concentraciones muy bajas.<br />
• f) Muy soporífero.<br />
• g) No produce lesiones mortales o importantes a concentraciones<br />
por debajo de los límites inferiores de exposición; de hecho no es<br />
tóxico.<br />
Otra clasificación interesante es aquélla que se realiza según el origen<br />
o las familias de los refrigerantes. La siguiente tabla recoge dicha<br />
clasificación para los fluidos más utilizados:<br />
504
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
No. NOMBRE QUÍMICO FÓRMULA QUÍMICA<br />
Serie Metano<br />
10<br />
Tetraclorometano (tetracloruro de<br />
carbono) CCl4<br />
11 Tricloromonofluorometano CCl3F<br />
12 Diclorodifluorometano CCl2F2<br />
13 Clorotrifluorometano CClF3<br />
20 Triclorometano (cloroformo) CHCl3<br />
21 Diclorofluorometano CHCl2F<br />
22 Clorodifluorometano CHClF2<br />
23 Trifluorometano<br />
Diclorometano (cloruro de<br />
CHF3<br />
30 metileno) CH2Cl2<br />
40 Clorometano (cloruro de metilo) CH3Cl<br />
50<br />
Serie Etano<br />
Metano CH4<br />
110 Hexacloroetano CCl3CCl3<br />
113 1,1,2-triclorotrifluoroetano CCl2FCClF2<br />
115 Cloropentafluoroetano CClF2CF3<br />
123 2,2-Dicloro - 1,1,1-Trifluoroetano CHCl2CF3<br />
134a 1,1,1,2-Tetrafluoroetano CH2FCF3<br />
141b 1,1-Dicloro-1-fluoroetano CH3CCl2F<br />
150a 1,1-Dicloroetano CH3CHCl2<br />
152a 1,1-Difluoroetano CH3CHF2<br />
160 Cloroetano (cloruro de etilo) CH3CH2Cl<br />
170<br />
Hidrocarburos<br />
Etano CH3CH3<br />
290 Propano CH3CH2CH3<br />
600 Butano CH3CH2CH2CH3<br />
600a 2-Metilpropano (isobutano) CH(CH3)3<br />
Compuestos Inorgánicos<br />
702 Hidrógeno H2<br />
704 Helio He<br />
717 Amoníaco NH3<br />
718 Agua H2O<br />
720 Neón Ne<br />
728 Nitrógeno N2<br />
732 Oxígeno O2<br />
744 Bióxido de Carbono CO2<br />
764 Bióxido de Azufre SO2<br />
505
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
No. NOMBRE QUÍMICO FÓRMULA QUÍMICA<br />
Mezclas Zeotrópicas<br />
400 R-12/114 (60/40)<br />
401A R-22/152a/124 (53/13/34)<br />
401B R-22/152a/124 (61/11/28)<br />
402A R-22/125/290 (38/60/2)<br />
402B R-22/125/290 (60/38/2)<br />
404A R-125/143a/134a (44/52/4)<br />
407A R-32/125/134a (20/40/40)<br />
407B R-32/125/134A (10/70/20)<br />
407C R-32/125/134a (23/25/52)<br />
408A R-125/143a/22 (7/46/47)<br />
409A R-22/124/142b (60/25/15)<br />
410A R-32/125 (50/50)<br />
Mezclas Azeotrópicas<br />
500 R-12/152a (73.8/26.2)<br />
502 R22/115 (48.8/51.2)<br />
503 R-223/13 (40.1/59.9)<br />
507 R-125/143a (50/50)<br />
Normativa<br />
Como se ha visto en apartados anteriores, a nivel estatal existe el<br />
Reglamento de Seguridad para Plantas e Instalaciones Frigoríficas que<br />
regula el uso de los refrigerantes en función de su seguridad. También<br />
se ha visto en el recorrido histórico de la vida de los refrigerantes cómo<br />
alguno de ellos son nocivos y peligrosos no sólo para el ser humano sino<br />
también para el medio ambiente.<br />
A continuación, va a presentarse la normativa existente a nivel comunitario<br />
e internacional que regula el uso de ciertos refrigerantes (la familia de<br />
los fluorocarbonados) para preservar el medio ambiente, a raíz del<br />
descubrimiento de la rotura de la capa de ozono por parte de alguno de<br />
ellos.<br />
La familia de los fluorocarbonados está formada por todos aquellos<br />
refrigerantes que en su composición cuentan con átomos de Flúor y<br />
Carbono. A pesar de su similar composición, su acción sobre el medio<br />
ambiente ofrece una gran diversidad en función del compuesto completo<br />
del que se trate. Los fluorocarbonados se dividen a su vez según la<br />
siguiente imagen:<br />
506
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Familia de los Fluorocarbonados<br />
La gravedad del hecho de la destrucción de la capa de ozono provocó<br />
las siguientes reuniones, acuerdos y tratados entre mandatarios y<br />
especialistas de todo el mundo:<br />
• 1985: Primeros acuerdos para la eliminación de CFCs: Convenio de<br />
Viena.<br />
• 1987: Acuerdo para la reducción en la producción: Protocolo de<br />
Montreal.<br />
• 1990: Revisión de Londres.<br />
• 1992: Enmienda de Copenhage: Acuerdo de aceleración de las<br />
reducciones.<br />
• 1994: Reglamento (CE) 3093/94 relativo a sustancias agotadoras de<br />
la capa de ozono.<br />
• 1995: Revisión de Viena: Adecuación de la producción de HCFCs.<br />
• 1997: Reducción de la producción de HCFCs en la conferencia de<br />
Montreal.<br />
• 1997: Cumbre de Kyoto sobre reducción para emisión gases de efecto<br />
invernadero.<br />
• 2000: Reglamento (CE) 2037/2000 Parlamento Europeo.<br />
• 2002: Cumbre mundial sobre desarrollo sostenible: Johannesburgo.<br />
El Reglamento Europeo (CE) 2037/2000 del Parlamento Europeo y del<br />
Consejo de 29 de junio de 2000 sobre las sustancias que agotan la capa<br />
de ozono realiza las siguientes indicaciones (texto resumido):<br />
“Artículo 5:<br />
Control de la utilización de hidroclorofluorocarburos:<br />
Salvo lo dispuesto en las siguientes condiciones, queda prohibido el uso<br />
507
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
de hidroclorofluorocarburos:<br />
c) como refrigerantes:<br />
i) en aparatos producidos después del 31 de diciembre de 1995 para<br />
los siguientes usos:<br />
- en sistemas no confinados de evaporación directa,<br />
- en refrigeradores y congeladores domésticos,<br />
- en sistemas de aire acondicionado de vehículos de motor,<br />
tractores, vehículos todo terreno o remolques que funcionen<br />
con cualquier fuente de energía, salvo para usos militares,<br />
en cuyo caso la prohibición entrará en vigor el 31 de diciembre<br />
de 2008,<br />
- en instalaciones de aire acondicionado de transporte público<br />
por carretera,<br />
ii) en instalaciones de aire acondicionado de transporte ferroviario,<br />
en aparatos fabricados después del 31 de diciembre de 1997,<br />
iii) a partir del 1 de enero de 2000, en aparatos fabricados después<br />
del 31 de diciembre de 1999 para los usos siguientes:<br />
- en almacenes o depósitos frigoríficos públicos y de<br />
distribución,<br />
- para aparatos de 150 o más kW de potencia al eje,<br />
iv) a partir del 1 de enero de 2001, en todos los demás aparatos de<br />
aire acondicionado y refrigeración producidos después del 31 de<br />
diciembre de 2000, con excepción de aparatos fijos de aire<br />
acondicionado de una capacidad de enfriamiento inferior a 100<br />
kW, en cuyo caso el uso de hidroclorofluorocarburos se prohibirá<br />
a partir del 1 de julio de 2002 en aparatos producidos después<br />
del 30 de junio de 2002 y de los sistemas reversibles de aire<br />
acondicionado/bomba de calor, en cuyo caso el uso de<br />
hidroclorofluorocarburos quedará prohibido a partir del 1 de<br />
enero de 2004 en todos los aparatos producidos después del 31<br />
de diciembre del año 2003,<br />
v) a partir del 1 de enero de 2010, quedará prohibido el uso de<br />
hidroclorofluorocarburos puros para el mantenimiento y<br />
reparación de los aparatos de refrigeración y aire acondicionado<br />
existentes en dicha fecha; a partir del 1 de enero de 2015 quedarán<br />
prohibidos todos los hidroclorofluorocarburos.<br />
Antes del 31 de diciembre de 2008, la Comisión estudiará la disponibilidad<br />
técnica y económica de alternativas a los hidroclorofluorocarburos<br />
reciclados. El estudio tendrá en cuenta la disponibilidad técnica y<br />
508
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
económica de alternativas viables a los hidroclorofluorocarburos en los<br />
aparatos de refrigeración existentes, con vistas a que se evite el abandono<br />
indebido de aparatos. Las alternativas que se estudien deberían tener<br />
un efecto significativamente menos nocivo para el medio ambiente que<br />
los hidroclorofluorocarburos.”<br />
9.4 Manipulación<br />
A continuación se va a presentar una metodología para el llenado de<br />
refrigerante de una instalación frigorífica.<br />
Tras haberse realizado la prueba de estanquidad en el circuito, debe<br />
vaciarse la misma del fluido que ha servido para dicha prueba, limpiar<br />
el sistema y crear el vacío en su interior.<br />
Antes de crear el vacío se cebe asegurar que el deshidratador está en<br />
buen estado y que realiza correctamente su función comprobando la<br />
ausencia de humedad en la instalación.<br />
La creación de vacío consiste en retirar del circuito el aire y la humedad<br />
existentes. Para crear el vacío es necesario disponer: de una bomba de<br />
vacío (con potencia suficiente para crear la depresión interior que<br />
necesite la instalación), de un manovacuórnetro (manómetro de vacío),<br />
de un puente de manómetros (juego de manómetros para Alta y Baja<br />
Presión, y de un juego de latiguillos perfectamente estancos.<br />
El vacío se suele generar por el mismo orificio que sirve de carga del<br />
circuito, salvo en instalaciones de gran tamaño en las que se hace necesario<br />
diseñar mayor número de tomas para evitar bolsas de aire en puntos<br />
alejados de la bomba de vacío.<br />
De manera general, la depresión a alcanzar en el circuito debe llegar a<br />
ser inferior a la tensión del vapor de agua que corresponde a la temperatura<br />
más baja del circuito.<br />
509
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Cuando se crea el vacío, la instalación se enfría y el agua o vapor de agua<br />
puede llegar a congelarse en alguno de los puntos del sistema y ser<br />
necesario instalar sistemas que calienten dichas zonas.<br />
Una vez finalizada la operación de creación de vacío, se cerrarán las<br />
llaves del puente de manómetros antes de cortar la alimentación de la<br />
bomba de vacío, con el fin de evitar las entradas de aire en el circuito.<br />
Se verificará que la instalación mantiene bien el vacío antes de efectuar<br />
la carga de fluido. El manómetro de vacío debe dar siempre idéntica<br />
indicación tras la parada de la bomba de vacío.<br />
Con el puente de manómetros instalado, la botella de fluido y los medios<br />
de pesaje del mismo (báscula, estación de carga o cilindro de carga) se<br />
puede iniciar la carga del sistema.<br />
Un cilindro de carga es un dispositivo de almacenamiento y medición<br />
de refrigerante para controlar la cantidad de fluido que se introducirá<br />
en el sistema. Previamente al llenado del circuito debe llenarse el cilindro<br />
partiendo de la botella de refrigerante.<br />
Llenado de refrigerante de una instalación<br />
La instalación está bajo vacío. Las dos llaves BP y AP del puente de<br />
manómetros están cerradas. Con la ayuda de un latiguillo, se conecta el<br />
racor central del puente de manómetros con la salida de gas de la botella<br />
de refrigerante (o del cilindro de carga).<br />
Se abre la llave de salida de gas de la botella o del cilindro, luego se<br />
purga de aire el latiguillo desenroscándolo ligeramente; después, roscar<br />
de nuevo (como ya se explicó antes). Se anotará la masa de fluido inicial.<br />
Se pone en funcionamiento ahora el medio de calentamiento de la<br />
botella o del cilindro de carga. El líquido frigorígeno que contiene debe<br />
vaporizarse antes de introducirlo en el circuito, es necesario aportarle<br />
calor. De otro modo, a medida que se produce la carga en fase gaseosa,<br />
la temperatura del líquido contenido en la botella descendería (al mismo<br />
tiempo que su presión); sólo se intercambiaría calor con el ambiente<br />
510
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
para vaporizar el líquido que ella contiene, y la operación de carga sería<br />
muy larga.<br />
La cantidad de calor que hay que aportar a la botella depende de la<br />
cantidad de líquido a vaporizar. Existen anillos eléctricos calentadores<br />
destinados a las botellas de fluido. Los cilindros de carga están igualmente<br />
equipados, en la mayoría de los casos, de una resistencia calefactora.<br />
Después se abre la llave de BP del puente de manómetros a fin de romper<br />
el vacío de la instalación. Se hace subir la presión en el circuito hasta 2<br />
bares efectivos. Se pone en funcionamiento los elementos auxiliares<br />
(ventiladores, bombas), y luego el compresor, tras haber comprobado<br />
que sus llaves de servicio están abiertas.<br />
La llave de BP del puente de manómetros debe dejarse enteramente<br />
abierta hasta que la carga sea correcta.<br />
lnyéctese únicamente la cantidad necesaria diseñada para la instalación<br />
y mostrada por los siguientes criterios:<br />
• Falta de burbujas en el visor de líquido.<br />
• Presión de alta estabilizada: la temperatura de condensación no<br />
sobrepasa más que en algunos grados la temperatura del fluido de<br />
enfriamiento del condensador.<br />
• Subenfriamiento normal del líquido a la salida del condensador.<br />
• Presión de baja estabilizada: durante la carga de fluido frigorígeno<br />
la presión de vaporización del fluido aumenta de manera regular,<br />
luego se estabiliza; la temperatura de vaporización debe ser inferior<br />
en algunos grados a la del fluido exterior enfriado (en general el<br />
salto está comprendido entre 5 y 15°C).<br />
• Recalentamiento normal en el evaporador: durante la carga, el<br />
recalentamiento del vapor a la salida del evaporador es muy elevado;<br />
disminuirá y se estabilizará cuando la cantidad de fluido introducido<br />
en el evaporador sea suficiente; el valor medio del recalentamiento<br />
es de 2 a 8°C, aproximadamente.<br />
• Nivel correcto de líquido en el recipiente de alta presión (si existe).<br />
9.4.1. Recuperación del refrigerante y del aceite<br />
Debido a las leyes que gobiernan la liberación de refrigerantes<br />
clorofluorocarbonados (CFC's) hacia la atmósfera, se han desarrollado<br />
procedimientos para recuperar, reciclar y volver a utilizar los refrigerantes.<br />
511
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
La industria ha adoptado definiciones específicas para estos términos:<br />
• Recuperación: Remover el refrigerante de un sistema en cualquier<br />
condición que se encuentre, y almacenarlo en un recipiente externo,<br />
sin que sea necesario hacerle pruebas o procesarlo de cualquier<br />
manera.<br />
• Reciclado: Limpiar el refrigerante para volverlo a utilizar, para lo<br />
cual hay que separarle el aceite y pasarlo una o varias veces a través<br />
de dispositivos, tales como filtros deshidratadores de tipo recargable<br />
de bloques desecantes, lo cual reduce la humedad, la acidez y las<br />
impurezas. Este término, generalmente se aplica a procedimientos<br />
implementados en el sitio de trabajo, o en un taller de servicio local.<br />
• Reproceso: Reprocesar el refrigerante hasta las especificaciones de<br />
un producto nuevo por medios que pueden incluir la destilación.<br />
Esto requerirá análisis químicos del refrigerante, para determinar<br />
que se cumplan con las especificaciones apropiadas del producto.<br />
Este término, generalmente, se refiere al uso de procesos o<br />
procedimientos, disponibles solamente en instalaciones o plantas<br />
que tienen la facilidad de reprocesar o fabricar refrigerantes. Esto<br />
también abarca talleres de servicio que estén equipados con <strong>equipos</strong><br />
altamente técnicos.<br />
Muchas compañías han desarrollado el equipo necesario para los técnicos<br />
de servicio, a fin de evitar la liberación innecesaria de clorofluorocarbonos<br />
a la atmósfera.<br />
Los <strong>equipos</strong> para recuperación y manejo de refrigerante, pueden dividirse<br />
en tres categorías:<br />
• Recuperación: Unidad que recupera o remueve el refrigerante.<br />
• Recuperación / Reciclado (R y R): Unidad que recupera y recicla el<br />
refrigerante.<br />
• Reproceso: Unidad que reprocesa el refrigerante dentro de las normas<br />
de la Agencia de Protección Ambiental (EPA).<br />
Equipo para Recuperar Refrigerante<br />
Hay máquinas de recuperación disponibles en diferentes diseños. Las<br />
unidades pequeñas básicas, como la que se muestra en la figura están<br />
diseñadas para usarse con R-12, R-22, R-500 y R-502, y para actuar como<br />
estaciones de recuperación, sin ventilación hacia la atmósfera.<br />
El refrigerante es removido en su condición presente y almacenado en<br />
un cilindro desechable o transferible. Esta unidad remueve el aceite del<br />
refrigerante, y puede manejar vapor o líquido en un tiempo muy rápido.<br />
512
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Después, el refrigerante puede reciclarse en el centro de servicio, o ser<br />
enviado a una estación de reproceso para reutilizarlo posteriormente.<br />
Utilizando un dispositivo de recuperación de refrigerante, el técnico es<br />
capaz de remover refrigerante de sistemas pequeños de aire acondicionado,<br />
comerciales, automotrices y residenciales. Durante el proceso de<br />
recuperación, el refrigerante es removido del sistema en forma de vapor,<br />
utilizando la fuerza bombeadora de la máquina recuperadora.<br />
La recuperación es similar a la evacuación de un sistema con una bomba<br />
de vacío. Los procedimientos varían con cada fabricante. Básicamente,<br />
la manguera se conecta a un puerto de acceso en el lado de baja, hacia<br />
la válvula de succión de la unidad recuperadora. Una vez que la manguera<br />
de salida está conectada, el dispositivo de recuperación se arranca y<br />
comienza la recuperación. Algunas unidades tienen una señal para<br />
indicar cuando el proceso de recuperación ha terminado. Esto significa<br />
que el equipo de recuperación no está procesando más vapor. En algunas<br />
ocasiones, el dispositivo de recuperación cierra automáticamente el<br />
sistema de vacío.<br />
Cuando se ha completado la recuperación, se cierra la válvula del lado<br />
de baja. El sistema deberá asentarse por lo menos 5 minutos. Si la presión<br />
se eleva a 10 psi o más,<br />
puede significar que quedaron bolsas de refrigerante líquido frío a través<br />
del sistema, y puede ser necesario reiniciar el proceso de recuperación.<br />
Puesto que es mucho más rápido recuperar el refrigerante en fase líquida<br />
que en fase vapor, el técnico puede preferir una máquina que remueva<br />
el refrigerante líquido. Muchas máquinas son diseñadas para llevar a<br />
cabo este proceso usando cilindros para refrigerante normales. Algunas<br />
unidades de transferencia pequeñas, utilizan cilindros de recuperación<br />
especiales, que permiten al técnico remover refrigerante líquido y vapor.<br />
En este caso la unidad de transferencia bombea el vapor de refrigerante<br />
513
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
de la parte superior del cilindro, y presuriza la unidad de refrigeración.<br />
La diferencia de presión entre el cilindro y la unidad transfiere el<br />
refrigerante líquido hacia el cilindro. Una vez que se ha removido el<br />
líquido, el vapor restante es removido al cambiar las conexiones.<br />
Se recomienda cambiar el aceite del compresor de la unidad de<br />
recuperación, después de la recuperación de un sistema quemado, o<br />
antes de la recuperación de un refrigerante diferente. También se<br />
recomienda que el filtro deshidratador se reemplace, y que las mangueras<br />
se purguen antes de transferir un refrigerante diferente.<br />
El técnico deberá asegurarse que no se sobrellene el cilindro. Lo normal<br />
es llenarlo al 80% de su capacidad. Conforme se va llenando el cilindro,<br />
deberá observarse la presión. Si la unidad de recuperación cuenta con<br />
indicador de líquido y humedad, deberá notarse cualquier cambio que<br />
ocurra.<br />
Si el técnico utiliza un sistema que sólo recupera el refrigerante, la recarga<br />
puede llevarse a cabo de muchas maneras.<br />
Equipo para Reciclar Refrigerante<br />
En el pasado, para hacerle servicio a un sistema, lo típico era descargar<br />
el refrigerante a la atmósfera. Ahora, el refrigerante puede ser recuperado<br />
y reciclado mediante el uso de tecnología moderna. Sin embargo, los<br />
clorofluorocarbonos viejos o dañados, no pueden ser reutilizados<br />
simplemente por el hecho de removerlos de un sistema y comprimirlos.<br />
El vapor, para ser reutilizado, debe estar limpio. Las máquinas de<br />
recuperación /reciclado, como la que aparece en la figura, están diseñadas<br />
para recuperar y limpiar el refrigerante en el sitio de trabajo o en el taller<br />
de servicio. El reciclado, como se realiza por la mayoría de las máquinas<br />
en el mercado actualmente, reduce los contaminantes a través de la<br />
separación del aceite y la filtración. Esto limpia el refrigerante, pero no<br />
necesariamente a las especificaciones de pureza originales del fabricante.<br />
El equipo que se muestra en la figura 9.7, es un sistema capaz de manejar<br />
los refrigerantes R-12, R-22, R-500 y R-502.<br />
Muchas de estas unidades, conocidas como unidades de transferencias<br />
de refrigerante, están diseñadas para evacuar el sistema. Esto proporciona<br />
una máquina recicladora capaz de regresar los refrigerantes reciclados<br />
a un mismo sistema. Algunas unidades tienen equipo para separar el<br />
aceite y el ácido, y para medir la cantidad de aceite en el vapor. El<br />
refrigerante usado puede reciclarse mediante la máquina recicladora,<br />
utilizando filtros deshidratadores recargables de piedras, y otros dispositivos<br />
que reduzcan la humedad, partículas, acidez, etc. La separación de aceite<br />
del refrigerante usado se lleva a cabo circulándolo una o varias veces a<br />
través de la unidad. La máquina recicladora de un solo paso procesa el<br />
refrigerante a través de un filtro deshidratador o mediante el proceso<br />
514
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
de destilación. Lo pasa sólo una vez por el proceso de reciclado a través<br />
de la máquina, para luego transferirlo al cilindro de almacenamiento.<br />
La máquina de pasos múltiples, recircula varias veces el refrigerante a<br />
través del filtro deshidratador. Después de un período de tiempo<br />
determinado, o un cierto número de ciclos, el refrigerante es transferido<br />
hacia el cilindro de almacenamiento.<br />
La unidad que se muestra en la figura, es una unidad portátil.<br />
En la parte del frente, tiene los manómetros de alta y baja presión, así<br />
como los puertos de acceso, válvulas, interruptores, selectores, luces<br />
indicadoras y el indicador de líquido y humedad. En la parte baja tienen<br />
los filtros deshidratadores.<br />
En algunos <strong>equipos</strong> se puede recuperar refrigerante por ambos lados,<br />
baja y alta, al mismo tiempo. Este procedimiento evita restricciones a<br />
través de la válvula de expansión o tubo capilar. Si el técnico recupera<br />
solamente por uno de los lados, el resultado puede ser un tiempo excesivo<br />
de recuperación o una recuperación incompleta.<br />
Por lo tanto, las mangueras se conectan a los lados de alta y baja del<br />
sistema de recuperación, y luego a través del lado de alta y baja del sistema<br />
de refrigeración. Por ningún motivo deberá removerse líquido del sistema<br />
en forma continua. La unidad está diseñada para recuperar vapor. La<br />
recuperación inicial de refrigerante del lado de alta presión, será de<br />
aproximadamente 200 psig.<br />
Al operar la unidad y llevar a cabo la recuperación de vapor, se alcanzará<br />
un punto cuando se haya completado la recuperación, lo cual será<br />
indicado al encenderse una lámpara.<br />
Procedimiento para el Reproceso del Refrigerante<br />
Como se definió anteriormente, reprocesar un refrigerante es llevarlo<br />
a las especificaciones originales de producción, verificándolo mediante<br />
análisis químicos. Para poder llevar esto a cabo, esta máquina debe<br />
cumplir con las normas SAE y remover 100% la humedad y partículas<br />
de aceite. Muchas máquinas de recuperación / reciclado, no pueden<br />
515
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
garantizar que el refrigerante será restaurado a sus especificaciones<br />
originales.<br />
Una estación de reciclado para el sitio de trabajo deberá ser capaz de<br />
remover el aceite, ácido, humedad, contaminantes sólidos y aire, para<br />
poder limpiar el refrigerante utilizado.<br />
Este tipo de unidades las hay disponibles para usarse con refrigerantes<br />
R-12, R-22, R-500 y R-502, y están diseñadas para el uso continuo que<br />
requiere un procedimiento prolongado de recuperación / reciclado.<br />
Este tipo de sistema puede describirse mejor como sigue:<br />
• El refrigerante es aceptado en el sistema, ya sea como vapor o líquido.<br />
• El refrigerante hierve violentamente a una temperatura alta, y bajo<br />
una presión extremadamente alta.<br />
• El refrigerante entra entonces a una cámara separadora grande única,<br />
donde la velocidad es reducida radicalmente. Esto permite que el<br />
vapor a alta temperatura suba. Durante esta fase, los contaminantes<br />
tales como las partículas de cobre, carbón, aceite, ácido y todos los<br />
demás, caen al fondo del separador para ser removidos durante la<br />
operación de "salida del aceite".<br />
• El vapor destilado pasa al condensador enfriado por aire, donde es<br />
convertido a líquido.<br />
• El líquido pasa hacia la cámara de almacenamiento. Dentro de la<br />
cámara, un ensamble de evaporador disminuye la temperatura del<br />
líquido, de aproximadamente 38°C, a una temperatura subenfriada<br />
de entre 3° y 4°C.<br />
• En este circuito, un filtro deshidratador recargable remueve la<br />
humedad, al mismo tiempo que continúa el proceso de limpieza para<br />
remover los contaminantes microscópicos.<br />
• Enfriar el refrigerante también facilita transferirlo a cualquier cilindro<br />
externo, aunque esté a la temperatura ambiente.<br />
Muchos fabricantes de refrigerante y otros han dispuesto servicios de<br />
recuperación / reproceso de refrigerante, que ofrece a los técnicos de<br />
recuperación y aire acondicionado una forma de deshacerse del<br />
refrigerante usado y obtener reemplazos puros como los necesiten. El<br />
técnico de servicio debe usar cilindros retornables aprobados, con<br />
etiquetas adecuadas. Los cilindros normales son de una capacidad<br />
aproximada de 45 kg de refrigerante usado y aceite, aunque otros<br />
contenedores andarán en el rango de 18 kg hasta 1 tonelada.<br />
La máquina de aire comprimido de desplazamiento positivo remueve<br />
tanto líquido como vapor. El refrigerante es reprocesado a las<br />
especificaciones de pureza designadas.<br />
516
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
En instalaciones comerciales de gran tamaño, al técnico de servicio se<br />
le proporcionan cilindros muestra que son regresados a un centro de<br />
reproceso. Esto es a fin de obtener análisis de contaminantes de<br />
refrigerante, antes de su evacuación.<br />
Una vez aprobado para reprocesarlo, el refrigerante es removido. Los<br />
técnicos llevan entonces el refrigerante al centro de servicio, donde es<br />
embarcado a la compañía y procesado de conformidad, para regresarlo<br />
para venta futura como refrigerante usado. El reproceso puede utilizarse<br />
para refrigerantes de baja (R-11 y R-113) y de alta presión (R-12, R-22,<br />
R-114, R-500 Y R-502).<br />
Las compañías de reproceso también proporcionan soluciones para el<br />
desecho de refrigerantes no deseados. El desecho de refrigerantes sólo<br />
se puede llevar a cabo por incineración a 650°C.<br />
Normas de Seguridad para la Recuperación / Reciclado / Reproceso de<br />
los CFC's<br />
Comúnmente, diferentes organizaciones ofrecen talleres para lograr un<br />
mejor entendimiento de los requerimientos sobre la recuperación y<br />
reproceso de los CFC's, tal como lo establecen los reglamentos de la EPA.<br />
Los mayores tópicos que se abarcan son el manejo, almacenamiento,<br />
transporte, procedimientos y <strong>equipos</strong> de recuperación, reglamentaciones<br />
para el almacenamiento y manejo de desechos peligrosos. También, es<br />
esencial que el técnico de servicio tenga un completo entendimiento<br />
sobre la seguridad que involucra el manejo y almacenamiento de los<br />
refrigerantes. También se ofrecen programas de certificación aprobados<br />
por la EPA. Otras áreas que cubren la mayoría de estos cursos de<br />
capacitación son los procedimientos para la remoción, pruebas básicas<br />
en el campo sobre la pureza de refrigerantes, aislamiento de los<br />
componentes del sistema para evitar que se escape el refrigerante,<br />
detección, aislamiento y reparación de fugas.<br />
Es responsabilidad del técnico seguir los procedimientos de las prácticas<br />
de seguridad. Esto incluye el reemplazo de los filtros deshidratadores de<br />
líquido y succión. Si el sistema sólo tiene uno, instale otro en el lado<br />
opuesto. Esto ayudará al proceso de purificación del refrigerante.<br />
Precauciones al Utilizar Equipo de Recuperación y Reciclado<br />
El primer punto que debe reconocerse es que los objetivos son:<br />
• Remover el refrigerante en el tiempo más corto posible.<br />
• Usar prácticas de servicio para proteger el sistema de contaminación<br />
potencial.<br />
La contaminación potencial es, con mucho, la parte de la operación más<br />
517
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
crítica y la más descuidada. La gran amenaza es el riesgo potencial de<br />
contaminar el refrigerante de una unidad a otra.<br />
La contaminación cruzada puede ocurrir cada vez que se hace la<br />
recuperación en un sistema, utilizando otro sistema refrigerante y<br />
recargándolo con el mismo gas. Sin embargo, utilizando un poco de<br />
precaución, el problema puede evitarse.<br />
La práctica de instalar filtros en cada sistema que se abra, ayudará a evitar<br />
algo de contaminación. Pero la mejor defensa es reconocer cómo se<br />
puede propagar la contaminación, y cómo detenerla antes que suceda.<br />
En las máquinas de R y R pueden ocurrir dos tipos de contaminación<br />
cruzada.<br />
• La mezcla de refrigerantes, lo cual puede ocurrir cuando un equipo<br />
de recuperación se usa con dos diferentes refrigerantes, sin una<br />
limpieza o preparación adecuada.<br />
• La introducción de ácidos u otros contaminantes al sistema. Esto<br />
puede originarse de un sistema diferente, de la misma máquina de<br />
R y R, o de sus tanques que actúan como campos de cultivo.<br />
En ambos casos, el culpable principal en la contaminación cruzada es<br />
el aceite para refrigeración; ya sea el utilizado en la máquina de R y R,<br />
o el que deja en el tanque el refrigerante recuperado.<br />
El problema y la solución yacen en la afinidad del aceite hacia los<br />
refrigerantes. A temperaturas normales, la única manera de separar el<br />
aceite es evaporando el refrigerante, y dejar el aceite y todo lo que pueda<br />
estar acarreando. También el refrigerante es un solvente perfecto que<br />
acarrea el aceite de un lugar a otro.<br />
En el primer tipo de contaminación, la mezcla de refrigerantes, la manera<br />
más fácil de evitar esto es utilizando máquinas designadas (una para cada<br />
refrigerante).<br />
Desafortunadamente, esto no siempre es posible. Si se va a utilizar la<br />
misma máquina sobre diferentes gases, se debe asegurar de que haya<br />
sido cuidadosamente limpiada, antes de usarla con un nuevo gas.<br />
La mejor manera es cambiar el aceite (y filtros) antes de seguir adelante<br />
con otro gas.<br />
Algunos fabricantes dicen que solamente se requiere hacer vacío antes<br />
de recuperar un gas diferente. Pero, si se hace esto, se recomienda que<br />
el vacío sea profundo y prolongado; ya que un vacío rápido, no<br />
necesariamente remueve todo el refrigerante disuelto en el aceite.<br />
El otro tipo de contaminación cruzada, la introducción de contaminantes,<br />
es por mucho la peor de las dos, puesto que los ácidos pueden "crecer"<br />
dentro del sistema. La fuente de contaminantes más obvia, es la misma<br />
518
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
máquina de R y R. El lugar donde con más frecuencia puede ocurrir la<br />
contaminación, es en los tanques de recuperación, los cuales almacenan<br />
el gas mientras se hace la reparación.<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
10. MANTENIMIENTO Y REPARACIÓN DE EQUIPOS<br />
10.1. Introducción<br />
El mejor mantenimiento de una instalación se realiza cuando se conocen<br />
a fondo todos y cada uno de los elementos que la componen, y la función<br />
que realizan en ella. De ese modo se prestará mayor atención a los<br />
componentes esenciales y, en caso de aparecer, las averías siempre serán<br />
de menor gravedad.<br />
Es necesario también conocer los parámetros de diseño de la instalación<br />
y el ciclo de frigorífico que atraviesa el refrigerante para proceder a una<br />
rápida localización y reparación de las averías.<br />
El apartado desarrollado a continuación trata de cómo reparar los <strong>equipos</strong><br />
y el modo de evitar estas reparaciones a través de un adecuado<br />
mantenimiento de la instalación.<br />
El único modo de comprender los subapartados siguientes es presentarlos<br />
tras haber visto los fundamentos teóricos del ciclo de refrigeración,<br />
conocer los aparatos de medida que permiten concretar el estado de las<br />
magnitudes físicas de los fluidos en distintos puntos del ciclo y aprender<br />
todos los elementos que componen una instalación frigorífica.<br />
El buen funcionamiento de la instalación responde a una serie de criterios<br />
o magnitudes físicas que se mantienen a lo largo del tiempo. Estos<br />
criterios se resumen en la siguiente lista:<br />
• Temperatura alcanzada y mantenida en el recinto refrigerado.<br />
• Temperatura de vaporización dentro del rango de diseño.<br />
• Temperatura de condensación dentro del rango de diseño.<br />
• Presión de descarga dentro del rango de diseño.<br />
• Subenfriamiento normal en el condensador.<br />
• Recalentamiento normal en el evaporador.<br />
• Diferencias de temperatura normales en los intercambiadores.<br />
• Potencia absorbida por el compresor dentro de los rangos de diseño.<br />
• Ningún ruido sospechoso ni vibraciones anormales.<br />
• Color del aceite y nivel normales.<br />
• Ninguna traza de grasa en el exterior del circuito.<br />
520
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
• Los otros criterios de buen funcionamiento son los ajustes correctos<br />
de los órganos de seguridad:<br />
- Presostato de alta presión.<br />
- Presostato de baja presión.<br />
- Presostato de aceite (eventual).<br />
- Termostato de desescarche.<br />
- Relé térmico de protección de los motores.<br />
- Temporizador anti-ciclos cortos.<br />
10.2. Diagnóstico de averías en máquinas y <strong>equipos</strong><br />
Equipos auxiliares de diagnóstico.<br />
Las reclamaciones que suelen producirse por un mal funcionamiento<br />
de un sistema de refrigeración se engloban en la relación mostrada a<br />
continuación:<br />
• El compresor no arranca.<br />
• El compresor enfría pero con ciclos de funcionamiento muy largos.<br />
• Funcionamiento en continuo del compresor sin que se enfríe el<br />
ambiente.<br />
• El compresor realiza ciclos de funcionamiento muy cortos.<br />
• Temperatura demasiado baja en el recinto refrigerado.<br />
• Elevado consumo eléctrico en relación con la potencia cedida al<br />
ambiente.<br />
• Se escarcha la línea de aspiración.<br />
• La protección contra sobrecorrientes salta con asiduidad.<br />
• Ruidos.<br />
La mayor parte de las averías que se producen en un sistema frigorífico<br />
afectan a la presión en el lado de baja o de alta y, consecuentemente, a<br />
su temperatura.<br />
Es por ello muy importante el conocimiento en todo momento de las<br />
presiones a las que está trabajando la instalación y su relación con dichas<br />
magnitudes de diseño. La presencia de manómetros en los lados de alta<br />
y baja presión del compresor es más que recomendable.<br />
También es necesario poseer en las instalaciones termómetros que<br />
permitan conocer la temperatura del local o materia refrigerada. Todos<br />
los elementos de medida deben ser de confianza y para ello los aparatos<br />
deben ser calibrados periódicamente.<br />
521
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
La medida de las distintas magnitudes y características físicas fundamentales<br />
de un sistema frigorífico revelan la existencia de problemas y apuntan<br />
a los posibles causantes de los mismos.<br />
En ocasiones, con la experiencia que aporta el trabajo en instalaciones<br />
de refrigeración y en el caso de las averías más frecuentes, es suficiente<br />
con los sentidos para apreciar la presencia de problemas.<br />
Los principales puntos a controlar son:<br />
• Temperatura del evaporador.<br />
- El evaporador no suele ser accesible, el modo de conocer<br />
aproximadamente la temperatura de evaporación es acercando<br />
un termómetro a su superficie. La temperatura así tomada no<br />
suele diferir más de +5ºC con la temperatura interior.<br />
• Presión de aspiración.<br />
- El compresor suele estar dotado de manómetros o tomas de<br />
presión para poder tener la presión de aspiración en cualquier<br />
momento. Con dicha presión se puede conocer la temperatura<br />
del evaporador (teniendo en cuenta la pérdida de presión que<br />
ocurre en el tramo de tubería que une ambos elementos).<br />
• Temperatura de la cámara o espacio refrigerado.<br />
• Presión de alta.<br />
- Al igual que en el caso de la presión de aspiración, la instalación<br />
suele estar dotada de manómetros o tomas de presión en las que<br />
introducir el manómetro portátil, y con los que se puede conocer<br />
la presión a la salida del compresor.<br />
• Temperaturas de las líneas de aspiración y líquido.<br />
- Con la temperatura de la línea de líquido se controla el estado<br />
de dicha sustancia en dicho punto. En condiciones de<br />
funcionamiento normal la temperatura de la línea será un poco<br />
superior a la temperatura del aire o agua de refrigeración. Si la<br />
temperatura es muy superior, la línea presenta más gas del debido<br />
y es señal de falta de refrigerante o algún otro defecto de<br />
funcionamiento. Si, por el contrario, la temperatura es más baja,<br />
es signo de que en su interior el refrigerante está expansionando<br />
debido a la gran pérdida de presión que presenta el tramo (alguna<br />
obstrucción o filtros sucios).<br />
- En cuanto a la línea de aspiración, su temperatura debe ser un<br />
poco inferior que la del ambiente refrigerado. A medida que<br />
aumenta dicha diferencia de temperaturas significa que hay más<br />
cantidad de refrigerante en el circuito o que está entrando<br />
522
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
refrigerante líquido a través de ella (funcionamiento defectuoso<br />
de la válvula de expansión)<br />
• Ruido de la válvula de expansión.<br />
- Su funcionamiento suele ser silencioso, sintiéndose ligeramente<br />
el fluir del líquido a su través. Si aparece un silbido está provocado<br />
por el paso de refrigerante en estado gaseoso.<br />
• Tiempo de funcionamiento.<br />
- En los sistemas automáticos, ciclos de funcionamiento muy cortos<br />
o muy largos son prueba de mal funcionamiento de alguna de<br />
las partes de la instalación o algún problema en el ambiente<br />
refrigerado (falta de aislamiento, exceso de carga térmica,...), y<br />
es por ello interesante el tomar y conocer los tiempos de<br />
funcionamiento del compresor y compararlos con los de diseño.<br />
Hay que tener en cuenta que depende de gran cantidad de factores<br />
y es inevitable un rango de tiempos de funcionamiento bastante<br />
extenso.<br />
• Ruidos.<br />
- La presencia de ruidos extraños también denota la existencia de<br />
averías. Hay que concretar al máximo el tipo de ruido del que se<br />
trata (golpeteo, vibraciones, silbidos,...) y su procedencia para<br />
averiguar la causa de la avería y proceder a su reparación.<br />
Para desarrollar una buena labor de mantenimiento y conocer el estado<br />
de una instalación frigorífica es indispensable tener siempre a mano la<br />
siguiente lista de herramientas:<br />
• Llaves de carraca para acceder a las válvulas de aspiración y expulsión<br />
del compresor.<br />
• Juego de manómetros para alta y baja presión con sus correspondientes<br />
latiguillos de conexión:<br />
- Suelen ser de tipo “Bourdon” y medir presiones relativas. Deben<br />
tener un tornillo de ajuste que permita antes de su utilización su<br />
calibración aproximada haciendo coincidir la presión atmosférica<br />
con el cero de la escala.<br />
- Los manómetros de alta y baja presión suelen llevarse de manera<br />
conjunta en lo que se conoce como puente de manómetros. Éstos<br />
trabajan con presiones relativas y, en algunos casos, presentan<br />
escalas que transforman las presiones en temperaturas de<br />
vaporización/condensación para el caso de los refrigerantes más<br />
habituales. De ese modo se están leyendo las temperaturas del<br />
evaporador y del condensador. Si el manómetro no está dotado<br />
de las citadas escalas se deberán comprobar dichas temperaturas<br />
en las tablas del refrigerante con el que trabaje la instalación.<br />
523
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
• Vacuómetro:<br />
- En caso de necesidad de vaciar la instalación de refrigerante, se<br />
necesita uno o varios vacuómetros para controlar que realmente<br />
se produce dicho vacío y que existe estanqueidad en la instalación.<br />
Los vacuómetros siempre miden presiones absolutas.<br />
• Higrómetro:<br />
- Se utiliza para medir la humedad relativa en el interior de recintos<br />
refrigerados y conductos de aire. Se usan los de tipo cabello y los<br />
psicrómetros.<br />
• Termómetro electrónico con sonda de contacto y sonda de temperatura<br />
ambiente:<br />
- Deben conocerse las temperaturas del exterior y del ambiente<br />
refrigerado para verificar el buen funcionamiento de la instalación<br />
en virtud de su diferencia. Con la sonda de contacto pueden<br />
tocarse partes de la instalación y tener una aproximación de la<br />
temperatura del fluido que recorre su interior. Con el termómetro<br />
se pueden evaluar las temperaturas de los fluidos utilizados como<br />
refrigerantes de la instalación (aire o agua). También se emplea<br />
para el ajuste de las válvulas de expansión, en este caso los<br />
termómetros suelen ser de esfera de aguja con bulbo y tubo capilar<br />
con carga de vapor.<br />
Ejemplo: Con una sonda de contacto puede conocerse la temperatura<br />
en un punto intermedio del condensador. Con el juego de manómetros<br />
puede obtenerse la presión de condensación y, en consecuencia, la<br />
temperatura de condensación. En el caso de que exista una diferencia<br />
importante entre ambas temperaturas es muy probable que el<br />
refrigerante esté contaminado con sustancias incondensables y deba<br />
procederse a su reposición.<br />
• Voltímetro:<br />
- En condiciones de funcionamiento normales en la instalación,<br />
permite revisar el correcto estado de todos los elementos y<br />
conexiones eléctricos mediante medidas de tensión e intensidad<br />
a través de ellos. Si un compresor no se pone en marcha y el<br />
causante es alguno de los elementos del circuito de control, con<br />
el uso del voltímetro se puede conocer cuál es ese elemento.<br />
• Medidor de tenazas:<br />
- Con el medidor de tenazas o de pinzas se mide la intensidad<br />
absorbida por el compresor en cada una de las fases de<br />
alimentación. En caso de diferencias significativas entre ellas<br />
deberá revisarse el compresor y el circuito de alimentación para<br />
524
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
evaluar y subsanar la causa del desequilibrio de carga, antes de<br />
que de ella se derive una avería grave de la instalación. En caso<br />
de que la medida sea similar en las tres fases, podrá obtenerse la<br />
potencia absorbida por la instalación y compararla con los valores<br />
de diseño.<br />
• Kit de medida de acidez:<br />
- Con el kit de medida se analizan muestras de aceite. En una<br />
instalación frigorífica el lubricante es su mayor fuente de ácidos.<br />
Los ácidos surgen: en un lubricante poco refinado debido a las<br />
extremas condiciones a los que están expuestos; o por<br />
contaminantes que han penetrado en el sistema (humedad). La<br />
acidez ataca seriamente los elementos metálicos y aquellos<br />
realizados a base de goma o elastómeros. Medidas periódicas de<br />
la acidez del aceite impiden el crecimiento de los ácidos y muestran<br />
la necesidad de realizar los cambios de aceite.<br />
• Anemómetro (en el caso de instalaciones que trabajen con aire):<br />
- Con el anemómetro se conoce la velocidad de salida o de entrada<br />
de aire para refrigeración del condensador o de distribución hacia<br />
el recinto refrigerado. Con esta medida y conociendo la superficie<br />
útil de la entrada o salida de aire se tiene el caudal de aire<br />
circulante en la instalación. Comparándose este valor con el valor<br />
nominal del equipo se observa la necesidad de limpieza de los<br />
filtros y baterías de intercambio, o la existencia de problemas en<br />
los <strong>equipos</strong> de ventilación.<br />
10.3. Herramientas y utillaje<br />
En el apartado anterior se han presentado los útiles que permiten realizar<br />
el reconocimiento y mantenimiento de una instalación. En caso de que<br />
en dicho reconocimiento se descubra alguna avería o defecto que pueda<br />
desembocar en avería, será necesario realizar la reparación oportuna.<br />
Para ello, y para el montaje de las instalaciones, deberán emplearse<br />
algunas herramientas más que las presentadas hasta ahora, y que todo<br />
instalador-mantenedor debe poseer para poder realizar correctamente<br />
sus funciones:<br />
• Herramientas para soldar.<br />
• Herramientas para trabajo con tuberías.<br />
• Herramientas para crear vacío.<br />
• Herramientas de carga de refrigerante.<br />
• Herramientas de vaciado de las instalaciones.<br />
525
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Herramientas para soldar:<br />
• Equipo de soldadura eléctrica: se compone de un generador eléctrico<br />
con dos terminales conectados al generador por cables eléctricos.<br />
Uno de los terminales se conecta a las piezas a unir y el otro se conecta<br />
a un electrodo. Cuando se pone en contacto el electrodo y el material<br />
se cierra el circuito eléctrico y una gran corriente atraviesa el electrodo<br />
aumentando su temperatura lo suficiente como para que se funda.<br />
El electrodo debe entonces separarse del material formando un arco<br />
eléctrico entre electrodo y material que permite que se mantenga la<br />
corriente eléctrica y, por tanto, la temperatura elevada, permitiendo<br />
depositar el material fundido sobre las piezas a unir.<br />
• Varillas de aportación: se trata de las varillas metálicas que forman<br />
el electrodo, compuestas por el material fundente que unirá las piezas<br />
metálicas. En el caso de tuberías de cobre se utilizan varillas de plata.<br />
• Equipo de soldadura oxiacetilénica: es un tipo de soldadura autógena<br />
(en presencia de gas). La soldadura oxiacetilénica consiste en aumentar<br />
la temperatura de los metales a unir hasta su punto de fusión y en<br />
dicho momento se aplica una presión sobre las superficies a soldar<br />
para que se unan. El aumento de temperatura se consigue por medio<br />
de la llama producida por la combustión de acetileno en presencia<br />
de oxígeno. El equipo se compone de una botella de oxígeno a<br />
presión, otra de acetileno, los manorreductores, el soplete, las válvulas<br />
antirretorno y las mangueras. El equipo de soldadura oxiacetilénica<br />
se puede utilizar también para cortar metales (oxicorte).<br />
• Botellas de nitrógeno con manorreductores: se utilizan para crear<br />
atmósferas inertes durante la soldadura gracias al chorro de gas que<br />
engloba la totalidad del metal fundido, evitando que sea atacado por<br />
otro gas presente en la atmósfera (especialmente el oxígeno).<br />
• Gafas de protección.<br />
Herramientas para trabajo con tuberías:<br />
• Abocardador a 45º: se utiliza para generar un cono a 45º en el extremo<br />
libre de una tubería para permitir la unión entre tubería y accesorios,<br />
de manera que se facilita la estanquidad de la unión.<br />
526
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
• Ensanchador de tubos: Se trata de una herramienta para facilitar la<br />
unión de dos tuberías de igual diámetro. Para ello, ensancha el<br />
extremo libre de una de ellas y le genera un cono a 45º. El diámetro<br />
interior del extremo es igual al diámetro exterior del tubo inicial de<br />
modo que una tubería de igual diámetro que la inicial puede<br />
introducirse en su interior. La estanquidad se consigue mediante<br />
soldadura por capilaridad con plata.<br />
• Escariador: Útil que sirve para suavizar los bordes de una tubería a<br />
la que se le ha realizado un corte.<br />
• Doblatubos: Se usa para curvar las tuberías un determinado ángulo<br />
y con radio de curvatura acorde al diámetro de aquéllas, sin que se<br />
produzcan abolladuras en sus paredes.<br />
• Cortatubos: Se utiliza para realizar cortes limpios en las tuberías.<br />
• Sellador de tubos: Se trata de una gran variedad de compuestos<br />
químicos tipo resinas que se adhieren a las superficies de las tuberías<br />
y accesorios a unir, rellenando todos los huecos y aumentando la<br />
estanquidad de las uniones.<br />
527
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
• Llaves de carraca o de chicharra multipresa: son llaves que permiten<br />
apretar y soltar tuercas sin necesidad de sacar la herramienta en cada<br />
golpe de muñeca, facilitando así su uso. Existen muchos modelos en<br />
el mercado, los más habituales presentan juegos de cabezales<br />
intercambiables para distintos tamaños de cabeza de tuerca, siendo<br />
la conexión cuadrada para los diámetros más pequeños y hexagonal<br />
para los superiores.<br />
• Alicate de pinzas: usada para plegar tuberías sobre sí mismas y para<br />
sujetarlas mientras se realiza otra operación.<br />
• Peine para enderezar aletas: se trata de una herramienta que sirve<br />
para arreglar las aletas de los intercambiadores de calor cuando han<br />
sufrido algún golpe o se han torcido por efecto de los cambios de<br />
temperatura.<br />
• Válvulas de intervención, autoperforantes: se trata de dispositivos<br />
para perforar tuberías y realizar derivaciones en tuberías ya instaladas<br />
en las que resulta problemática la inserción de piezas en “ T ” o en<br />
“ Y “.<br />
Herramientas para crear vacíos:<br />
• Bomba de vacío: La bomba de vacío se utiliza para extraer todo el<br />
aire de las tuberías y elementos que componen los circuitos (en caso<br />
de instalaciones nuevas) y para vaciar las mismas de refrigerante<br />
gaseoso (en caso de averías o cambio de refrigerante). Las bombas<br />
de vacío se definen por su capacidad de extraer gas (generalmente<br />
en l/min) y la presión de vacío máxima que pueden crear (en<br />
instalaciones de refrigeración convencionales se suelen exigir vacíos<br />
desde 2 mbar hasta 0,02 mbar dependiendo de la aplicación).<br />
• Vacuómetro o Manovacuómetro: Es el aparato que se utiliza para<br />
medir el vacío generado en una instalación.<br />
• Latiguillos de conexión y válvulas de cierre: Los latiguillos son los<br />
conductos flexibles que permiten conectar la instalación con la bomba<br />
de vacío y ésta con el recipiente donde se almacenará el gas (en caso<br />
de extracción de refrigerante), y las llaves o válvulas de cierre permiten<br />
desconectar la instalación y el recipiente de la bomba, de modo que<br />
circuito y almacenamiento queden estancos en cuanto se desconecte<br />
la unidad de vaciado.<br />
Herramientas de carga de refrigerante:<br />
• Cilindro de carga: se trata de un envase de volumen muy determinado<br />
usado para llenar instalaciones con la cantidad justa de fluido<br />
refrigerante. Para grandes instalaciones los cilindros vienen dotados<br />
con algún tipo de accesorio calefactor que impide que la botella se<br />
528
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
congele debido a la expansión del gas en su interior. Se acompañan<br />
con un manómetro para controlar la presión del refrigerante durante<br />
la carga.<br />
• Puente de manómetros o analizador, con juego de latiguillos de<br />
conexión flexible: es un conjunto de dos manómetros, un colector<br />
de unión y varias válvulas de corte que permiten de un modo sencillo<br />
realizar las operaciones de carga y vaciado de refrigerante, y control<br />
de presiones de funcionamiento. Un manómetro controla la presión<br />
de alta mientras que el otro hace lo mismo con la de baja. Con las<br />
llaves de seccionamiento se puede cambiar la configuración del<br />
puente de modo que el mismo elemento se usa para todas las funciones<br />
descritas.<br />
• Báscula de precisión: En el caso de que la carga se haga directamente<br />
desde botella, el control de la cantidad de refrigerante se realiza por<br />
peso. Dado que el rendimiento de una instalación es muy sensible<br />
a la cantidad de fluido que la recorre, es muy importante la exactitud<br />
en la carga de la misma y, por ello, se usan básculas de precisión.<br />
Herramientas de vaciado de las instalaciones:<br />
• Equipos de recuperación o reciclado de aceite: <strong>equipos</strong> que permiten<br />
extraer el aceite de la instalación y envasarlo en recipientes adecuados<br />
para transportarlos a lugares donde se realice su eliminación controlada<br />
o su reproceso para volver a ser utilizados (en el caso de los<br />
recuperadores); o tratar el aceite en la misma instalación, filtrándolo,<br />
deshidratándolo y eliminando sus impurezas, para volver a introducirlo<br />
en la instalación (en el caso de <strong>equipos</strong> de reciclaje).<br />
• Recipientes de recuperación estancos que permiten el traslado desde<br />
la instalación hasta los lugares de eliminación o reproceso, de un<br />
modo seguro, sin que el refrigerante o lubricante contamine el medio<br />
ambiente, ni que éste altere las propiedades de los fluidos.<br />
• Juegos de latiguillos de conexión flexible y llaves de seccionamiento<br />
que permitan la conexión estanca entre todos los elementos.<br />
10.4. Tablas de averías. Identificación de causas<br />
Relación efecto-causa<br />
La siguiente tabla recoge un amplio resumen de las averías más comunes<br />
en las instalaciones frigoríficas, los síntomas a través de los que se<br />
manifiestan y las soluciones que deben aplicarse. El modo de ejecutar<br />
la solución no aparece detallada, en un apartado posterior se describe<br />
el modo de actuar en los casos más comunes.<br />
529
SÍNTOMA<br />
Presión de condensación excesiva<br />
en condensadores enfriados por<br />
aire y agua<br />
Presión de condensación excesiva<br />
en condensadores enfriados por<br />
aire<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
Aire o gases no condensables en<br />
la instalación.<br />
Superficie del condensador<br />
demasiado pequeña.<br />
Exceso de refrigerante en el<br />
sistema (acumulación de<br />
refrigerante en el condensador).<br />
Regulación de condensación<br />
ajustada a una presión demasiado<br />
alta.<br />
Temperatura de admisión del aire<br />
o del agua en el condensador<br />
demasiado elevada.<br />
El ventilador o la bomba del<br />
condensador están averiados.<br />
Caudal de aire o de agua<br />
insuficiente en el evaporador.<br />
El circuito de líquido anterior o<br />
después de la válvula de expansión<br />
se encuentra obstruido<br />
(impurezas).<br />
Presión de evaporación demasiado<br />
baja<br />
Suciedad en la superficie del<br />
condensador<br />
Motor o aspas de ventilador<br />
defectuosas o demasiado pequeñas<br />
530<br />
SOLUCIÓN<br />
Purgar el condensador, arrancar y<br />
dejar funcionar hasta alcanzar la<br />
Tª de funcionamiento y purgar de<br />
nuevo si es necesario.<br />
Sustituir el condensador por uno<br />
más grande.<br />
Quitar refrigerante hasta que la<br />
presión de condensación sea<br />
normal, el visor de líquido tiene<br />
que estar siempre lleno.<br />
Ajustar a la presión correcta.<br />
Verificar el circuito de<br />
enfriamiento, comprobar el<br />
enfriamiento en la torre de<br />
refrigeración de agua y su nivel de<br />
agua (en caso de existencia).<br />
Reparar.<br />
Revisar los circuitos de aire o agua.<br />
Limpiar el circuito.<br />
<br />
Limpiar el condensador.<br />
Cambiar motor o aspas del<br />
ventilador.
SÍNTOMA<br />
Presión de condensación excesiva<br />
en condensadores enfriados por<br />
agua<br />
Presión de condensación<br />
demasiado baja en condensadores<br />
enfriados por aire y agua.<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
Flujo de aire al condensador<br />
demasiado restringido<br />
Temperatura ambiente demasiado<br />
alta<br />
Dirección contraria al aire a través<br />
del condensador<br />
Cortocircuito entre el lado de<br />
presión y aspiración del ventilador<br />
al condensador<br />
Temperatura del agua de<br />
enfriamiento excesiva<br />
Caudal de agua demasiado<br />
pequeño<br />
Sedimentos de suciedad en el<br />
interior de las tuberías de agua<br />
Bombas de agua de enfriamiento<br />
defectuoso o fuera de servicio<br />
Superficie de condensación<br />
demasiado grande<br />
Baja carga en el evaporador<br />
Presión de aspiración demasiado<br />
baja.<br />
Las válvulas de aspiración o de<br />
descarga, o el émbolo del<br />
compresor pueden tener fugas.<br />
531<br />
SOLUCIÓN<br />
Quitar obstáculos al acceso de aire<br />
o cambiar el condensador de lugar.<br />
Proporcionar entrada de aire<br />
fresco o cambiar el condensador<br />
de lugar.<br />
Cambiar sentido de giro de<br />
rotación del motor.<br />
Montar un conducto adecuado<br />
hacia el exterior.<br />
Bajar la Tª del agua.<br />
Aumentar el caudal de agua.<br />
Limpiar las tuberías de agua del<br />
condensador.<br />
Reparar o cambiar bomba de agua<br />
Establecer la regulación de presión<br />
de condensación o cambiar el<br />
condensador.<br />
Establecer regulación de presión<br />
de condensación.<br />
Localizar posible avería en tramo<br />
entre condensador y válvula<br />
termostática.<br />
<br />
Reemplazar válvulas y platos de las<br />
válvulas, y rascadores de los<br />
cilindros.
ÍNTOMA<br />
Presión de condensación<br />
demasiado baja en condensadores<br />
enfriados por aire<br />
Presión de condensación<br />
demasiado baja en condensadores<br />
enfriados por agua<br />
Presión de condensación inestable.<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
El regulador de presión de<br />
condensación está ajustado a una<br />
presión demasiado baja.<br />
Recipiente no aislado, situado en<br />
un lugar demasiado frío en<br />
relación al condensador.<br />
Taponamiento del circuito de<br />
líquido (impurezas, tapones de<br />
hielo, hidratos), el volumen de la<br />
botella de líquido es suficiente y<br />
la baja presión es demasiado baja.<br />
La válvula de inversión se atasca<br />
en posición media.<br />
Temperatura demasiado baja.<br />
Caudal de aire excesivo hacia el<br />
condensador<br />
Caudal de agua excesivo<br />
Temperatura del agua demasiado<br />
baja<br />
El presostato de arranque/parada<br />
del ventilador tiene un diferencial<br />
grande. Podría producir vapor en<br />
la línea de líquido después del<br />
arranque, debido a una<br />
acumulación de refrigerante en el<br />
condensador<br />
La válvula termostática es inestable.<br />
532<br />
SOLUCIÓN<br />
Ajustar el regulador de presión de<br />
condensación a su presión<br />
correcta.<br />
Cambiar el recipiente de lugar o<br />
proveerlo de un aislante adecuado.<br />
<br />
Reponer estado correcto, lubricar<br />
y/o cambiar el elemento.<br />
Establecer regulación de presión<br />
de condensación<br />
Cambiar el ventilador por uno más<br />
pequeño o establecer regulación<br />
de velocidad al motor<br />
Montar válvula de regulación de<br />
caudal.<br />
Reducir el caudal de agua<br />
Ajustar el diferencial a un valor<br />
más bajo, o utilizar un variador de<br />
frecuencia.<br />
Ajustar la válvula a más<br />
recalentamiento o cambiar el<br />
orificio a un tamaño menor.<br />
Cambiar las válvulas a unas más<br />
pequeñas.
SÍNTOMA<br />
Presión de aspiración excesiva.<br />
Presión de aspiración excesiva y<br />
temperatura del gas de aspiración<br />
demasiado baja.<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
Se ha producido un presión de<br />
aspiración inestable<br />
Compresor demasiado pequeño.<br />
Platos de válvulas con fugas.<br />
Regulación de capacidad<br />
defectuosa o mal ajustada.<br />
Carga térmica de la instalación<br />
excesiva.<br />
Fuga en el sistema de desescarche.<br />
Temperatura de condensación<br />
muy elevada.<br />
Demasiado fluido.<br />
Émbolo no estanco del cilindro.<br />
La válvula de expansión está<br />
demasiado abierta.<br />
La válvula de inversión de ciclo se<br />
ha atascado en una posición<br />
intermedia.<br />
Fluido de entrada (aire o agua) en<br />
el evaporador a demasiada<br />
temperatura.<br />
Ajustar el recalentamiento de la<br />
válvula de expansión.<br />
Orificio de la válvula de expansión<br />
demasiado grande.<br />
Fugas en el intercambiador de<br />
calor entre las líneas de líquido y<br />
aspiración.<br />
533<br />
SOLUCIÓN<br />
<br />
Cambio de compresor<br />
Cambio de platos de válvulas.<br />
Revisar regulación de capacidad.<br />
Revisar carga en la cámara o local.<br />
Comprobar estanquidad.<br />
<br />
Vaciar refrigerante.<br />
Sustituir émbolo o segmentos.<br />
Ajustar. Comprobar si la aguja está<br />
desgastada.<br />
Comprobar estado y reparar o<br />
cambiar.<br />
Esperar a que el funcionamiento<br />
se estabilice, reducir el caudal en<br />
caso necesario.<br />
<br />
Cambiar orificio.<br />
Cambiar intercambiador de calor.
SÍNTOMA<br />
Presión de aspiración demasiado<br />
baja, funcionamiento constante.<br />
Presión de aspiración demasiado<br />
baja, funcionamiento normal o<br />
irregular<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
Presostato de baja presión mal<br />
ajustado o defectuoso.<br />
Carga térmica baja de la instalación<br />
Falta de líquido refrigerante en el<br />
evaporador: falta de refrigerante<br />
en el recipiente, línea de líquido<br />
demasiado larga, pequeña, o con<br />
excesiva pérdida de carga, filtros<br />
obstruidos, falta de<br />
subenfriamiento de líquido, avería<br />
en la válvula de expansión.<br />
Evaporador demasiado pequeño.<br />
Ventilador del compresor<br />
defectuoso<br />
Demasiada caída de presión en el<br />
evaporador o línea de aspiración.<br />
Necesidad de desescarche.<br />
Congelación en el enfriador de la<br />
salmuera.<br />
Falta de aire o salmuera a través<br />
del enfriador.<br />
Acumulación de aceite en el<br />
evaporador<br />
Caudal de aire o de agua del<br />
evaporador muy reducido.<br />
Compresor demasiado potente.<br />
534<br />
SOLUCIÓN<br />
Ajuste/cambio del presostato<br />
Establecer regulación de capacidad<br />
o aumentar el diferencial del<br />
presostato de baja presión.<br />
,<br />
, <br />
Cambiar el evaporador.<br />
Revisar funcionamiento del<br />
ventilador.<br />
Modificación del circuito<br />
hidráulico en el tramo evaporadorlínea<br />
de aspiración.<br />
Revisar sistema de desescarche.<br />
Aumentar concentración de<br />
salmuera.<br />
Revisar estanquidad del sistema.<br />
<br />
Revisar circuito de aire y de agua.<br />
Instalar un compresor más<br />
pequeño, cambiar el fluido<br />
refrigerante.
SÍNTOMA<br />
Presión de aspiración inestable.<br />
Funcionamiento con válvula de<br />
expansión termostática.<br />
Temperatura de la línea de<br />
descarga demasiado alta<br />
Nivel de líquido en el recipiente<br />
demasiado bajo.<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
Temperatura de condensación<br />
muy baja.<br />
Recalentamiento de la válvula de<br />
expansión termostática demasiado<br />
bajo.<br />
Orificio de la válvula de expansión<br />
demasiado grande.<br />
Fallo de regulación de capacidad:<br />
regulador de capacidad demasiado<br />
grande o presostato para<br />
regulación por etapas mal ajustado.<br />
Presión de aspiración demasiado<br />
baja (falta líquido en el<br />
evaporador, carga del evaporador<br />
demasiado baja, fugas en el plato<br />
de válvulas del compresor,<br />
recalentamiento excesivo en el<br />
intercambiador de calor)<br />
Presión de condensación<br />
demasiado alta<br />
Falta líquido refrigerante en la<br />
instalación<br />
Fugas en la instalación<br />
Sobrecarga en el evaporador (poca<br />
carga conlleva acumulación de<br />
líquido en el evaporador, avería<br />
en la válvula termostática).<br />
Acumulación de líquido en el<br />
condensador porque la presión de<br />
condensación es más baja que la<br />
presión del recipiente<br />
535<br />
SOLUCIÓN<br />
<br />
<br />
Cambio del tipo de regulador de<br />
capacidad, ajustar mayor<br />
diferencial de presión de<br />
arranque/paro de etapas.<br />
Localizar avería en el tramo desde<br />
recipiente hasta la línea de<br />
aspiración. Cambiar el plato de<br />
válvulas en el compresor.<br />
Seleccionar intercambiador más<br />
pequeño.<br />
<br />
<br />
Averiguar causa, subsanar avería y<br />
recargar instalación<br />
Detectar y reparar<br />
<br />
Situar el recipiente junto al<br />
condensador
SÍNTOMA<br />
Nivel de líquido en el recipiente<br />
excesivo y rendimiento de<br />
enfriamiento normal.<br />
Nivel de líquido en el recipiente<br />
excesivo y rendimiento de<br />
enfriamiento demasiado bajo.<br />
Filtro secador frío, con posibles<br />
gotas de rocío o escarcha.<br />
Visor de líquido descolorido:<br />
Amarillo<br />
Visor de líquido descolorido:<br />
Marrón o negro<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
Demasiada carga de refrigerante<br />
líquido en la instalación.<br />
Obstrucción parcial de algún<br />
componente de la línea de líquido.<br />
Avería en la válvula termostática<br />
(recalentamiento excesivo, orificio<br />
demasiado pequeño, pérdida de<br />
la carga,…)<br />
Obstrucción parcial del filtro de<br />
suciedad del filtro secador<br />
Filtro secador saturado con agua<br />
o ácidos<br />
Humedad en la instalación<br />
Impurezas en forma de pequeñas<br />
partículas en la instalación.<br />
536<br />
SOLUCIÓN<br />
Vaciar la cantidad adecuada de<br />
refrigerante, de modo que la<br />
presión de condensación siga<br />
siendo normal y el indicador de<br />
líquido del visor esté sin vapor.<br />
Localizar y limpiar.<br />
<br />
Averiguar si hay impurezas en la<br />
instalación, limpiar donde sea<br />
necesario y cambiar el filtro<br />
secador<br />
Averiguar si hay humedad o ácidos<br />
en la instalación, limpiar y cambiar<br />
el filtro secador varias veces. En<br />
caso de fuerte contaminación de<br />
ácidos: cambiar el refrigerante y<br />
la carga de aceite y montar un<br />
filtro secador con núcleo sólido<br />
intercambiable en la línea de<br />
aspiración.<br />
Averiguar si hay fugas y reparar si<br />
es necesario. Comprobar si hay<br />
ácidos en la instalación. Cambiar<br />
el filtro secador varias veces si es<br />
necesario. Puede ser necesario<br />
cambiar el refrigerante y el aceite.<br />
Limpiar la instalación. Cambiar el<br />
filtro secador.
SÍNTOMA<br />
Burbujas de vapor en el visor de<br />
líquido delante de la válvula de<br />
expansión termostática.<br />
Enfriadores de aire. Evaporador<br />
bloqueado por escarcha.<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
Falta de subenfriamiento, debido<br />
a una caída de presión excesiva en<br />
la línea de líquido (extrema<br />
longitud de la línea de líquido,<br />
diámetro de la línea de líquido<br />
pequeño o excesiva pérdida de<br />
carga, avería en la válvula<br />
solenoide,…).<br />
Falta de subenfriamiento líquido<br />
por penetración de calor en la<br />
línea de líquido.<br />
Condensadores enfriados por<br />
agua: falta de subenfriamiento<br />
debido a una dirección contraria<br />
del caudal de agua de<br />
enfriamiento.<br />
Presión de condensación<br />
demasiado baja<br />
Válvula de cierre del recipiente<br />
demasiado pequeña.<br />
Regulación de presión de<br />
condensación defectuosa o mal<br />
ajustada causando una<br />
acumulación de líquido en el<br />
condensador<br />
Si se regula la presión de<br />
condensación por arranque/paro<br />
del ventilador del condensador,<br />
puede haber vapor en la línea de<br />
líquido durante algún tiempo<br />
después de la puesta en marcha<br />
del ventilador.<br />
Falta de líquido en la instalación.<br />
No se ha realizado el<br />
procedimiento de desescarche.<br />
537<br />
SOLUCIÓN<br />
Cambiar la línea de líquido por<br />
otra de diámetro adecuado,<br />
eliminar codos y cambios de<br />
dirección innecesarios, limpiar<br />
filtros,…<br />
Aumentar aislamiento de la línea<br />
de líquido.<br />
Cambiar a la configuración de<br />
caudales a contracorriente en el<br />
intercambiador.<br />
<br />
Cambiar la válvula<br />
Ajuste de la regulación o cambio<br />
del tipo de regulación de<br />
condensación del sistema<br />
Recarga de la instalación.<br />
Revisar sistema de desescarche y<br />
realizar desescarche.
SÍNTOMA<br />
Enfriadores de aire. Evaporador<br />
escarchado sólo en el tramo<br />
cercano a la válvula de expansión.<br />
Enfriadores de aire. Evaporador<br />
dañado.<br />
Excesiva humedad del aire en la<br />
cámara frigorífica, temperatura<br />
ambiente normal<br />
Humedad del aire en la cámara o<br />
local demasiado baja<br />
Excesiva temperatura en la cámara<br />
o local.<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
Humedad del aire excesiva en la<br />
cámara frigorífica.<br />
Falta de afluencia de refrigerante<br />
hacia el evaporador: avería en la<br />
válvula de expansión o <br />
Aletas o láminas deformadas.<br />
Excesiva superficie de evaporador,<br />
que provoca evaporación excesiva<br />
y periodos de funcionamiento<br />
cortos.<br />
Baja carga térmica<br />
Cámara mal aislada<br />
Elevado consumo interno de<br />
energía (alumbrado,<br />
ventiladores,…)<br />
Superficie del evaporador<br />
demasiado pequeña, causando<br />
largos periodos de funcionamiento<br />
a una temperatura de evaporación<br />
baja.<br />
Avería en el termostato ambiente<br />
de la cámara.<br />
Capacidad del compresor<br />
demasiado pequeña.<br />
Carga térmica excesiva.<br />
538<br />
SOLUCIÓN<br />
Revisar estanquidad de la cámara<br />
frigorífica y humedad introducida<br />
por los productos a enfriar<br />
<br />
Reponer forma inicial.<br />
Cambiar tamaño de evaporador.<br />
Instalar regulación de humedad<br />
en la cámara.<br />
Mejorar aislamiento.<br />
Reducir consumos superfluos.<br />
Cambio de evaporador.<br />
<br />
<br />
Revisar carga en la cámara o local<br />
a refrigerar, focos de calor,<br />
aislamiento.
SÍNTOMA<br />
Temperatura demasiado baja en la<br />
cámara o local.<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
Evaporador demasiado pequeño.<br />
Afluencia de líquido refrigerante<br />
hacia el evaporador muy pequeña.<br />
Regulador de presión de<br />
evaporación ajustado a una<br />
presión de corte demasiado alta.<br />
Presostato de baja presión ajustado<br />
a una presión de corte demasiado<br />
alta.<br />
La válvula reguladora de capacidad<br />
abre a una presión de evaporación<br />
demasiado alta.<br />
El regulador de presión de<br />
aspiración está ajustado a una<br />
presión de apertura demasiado<br />
baja.<br />
Avería en el termostato ambiente.<br />
Temperatura ambiente baja.<br />
Existencia de hielo, cera o<br />
suciedad en el punzón de la válvula<br />
de expansión.<br />
Válvula de expansión desajustada.<br />
El elemento sensor de la válvula<br />
de expansión no realiza un buen<br />
contacto con la línea de aspiración.<br />
539<br />
SOLUCIÓN<br />
Revisar tamaño del evaporador.<br />
y <br />
Ajustar el regulador de presión.<br />
Ajustar el presostato con uso de<br />
manómetros.<br />
Ajustar válvula reguladora.<br />
Ajustar válvula reguladora.<br />
<br />
Revisar sistema regulación interno.<br />
Limpiar válvula, instalar filtro<br />
secador o emplear aceite de menor<br />
viscosidad.<br />
Reajustar válvula.<br />
Ajustar contacto.
SÍNTOMA<br />
Temperatura de gas de aspiración<br />
demasiado alta.<br />
Compresor. Funcionamiento<br />
irregular (desconexión por<br />
presostato de baja presión).<br />
Compresor. Funcionamiento<br />
irregular (desconexión por<br />
presostato de alta presión).<br />
Compresor. El compresor arranca<br />
y para a intervalos de tiempo muy<br />
cortos.<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
Alimentación insuficiente de<br />
refrigerante hacia el evaporador:<br />
Poca carga de refrigerante en la<br />
instalación, avería en la línea de<br />
líquido o en alguno de sus<br />
componentes, válvula de<br />
expansión ajustada a un<br />
recalentamiento excesivo o<br />
pérdida parcial de la carga del<br />
bulbo.<br />
Capacidad del compresor<br />
demasiado grande en relación con<br />
la carga térmica de la instalación.<br />
Regulador de presión de<br />
evaporación ajustado a una presión<br />
de evaporación demasiado alta<br />
Presión de condensación excesiva.<br />
Avería en el presostato de alta<br />
presión.<br />
Presostato de alta presión ajustado<br />
a una presión de corte demasiado<br />
baja.<br />
Diferencial del control (presiones<br />
o temperaturas) muy pequeño.<br />
Pérdida en las válvulas de<br />
aspiración o descarga del<br />
compresor.<br />
540<br />
SOLUCIÓN<br />
Cargar la instalación de<br />
refrigerante, ,,<br />
, , y<br />
<br />
Revisar tamaño del compresor.<br />
Ajuste de la regulación de la<br />
presión de evaporación con ayuda<br />
de manómetro.<br />
<br />
Revisar estado del presostato<br />
Ajustar el presostato con ayuda de<br />
manómetro. Evitar funcionamiento<br />
irregular con el uso de un<br />
presostato de alta presión con<br />
rearme manual.<br />
Reajustar diferencial de control o<br />
cambiar controlador en caso de<br />
que el diferencial sea el adecuado.<br />
Comprobar estanquidad y reparar<br />
en caso necesario.
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
SÍNTOMA CAUSA POSIBLE<br />
La válvula de expansión<br />
termostática falla debido a:<br />
existencia de hielo, cera o suciedad<br />
en su interior o en el filtro previo;<br />
orificio insuficiente; desajuste;<br />
elemento sensor descargado;<br />
ubicación de la válvula en lugar<br />
incorrecto (demasiado frío).<br />
Si se dispara el dispositivo de<br />
sobrecarga del motor puede ser<br />
debido a: correas muy tensadas,<br />
baja tensión de alimentación, poca<br />
capacidad del motor, cojinetes del<br />
motor con falta de lubricación o<br />
limpieza, cortocircutio en el<br />
bobinado del motor.<br />
Disparo del presostato de alta<br />
presión o el dispositivo de<br />
sobrecarga del motor por alta<br />
presión.<br />
Obstrucción en la línea de líquido<br />
o de aspiración: líneas demasiado<br />
pequeñas para los caudales<br />
circulantes, filtros obstruidos,<br />
aplastamientos en la línea, válvulas<br />
semicerradas, falta de refrigerante.<br />
La presión de aspiración es baja<br />
debido a pequeño tamaño de<br />
aspiración.<br />
Falta de salmuera.<br />
Avería de origen eléctrico, mal<br />
contacto.<br />
Potencia frigorífica demasiado<br />
elevada.<br />
541<br />
SOLUCIÓN<br />
Limpiar, reestudiar tamaño,<br />
reajustar elemento sensor, reubicar<br />
elemento.<br />
Reajustar correas, revisar tensión<br />
de alimentación real al motor<br />
(aumentar sección de línea de<br />
alimentación en caso necesario),<br />
cambiar motor, lubricar y limpiar<br />
cojinetes, reparar o cambiar<br />
bobinado.<br />
Revisar apartados anteriores (alta<br />
presión).<br />
Revisar tamaños de líneas, estado<br />
de filtros, líneas y válvulas, reponer<br />
refrigerante y buscar fugas.<br />
Aumentar superficie de<br />
evaporación.<br />
Comprobar nivel del tanque de<br />
acumulación y existencia de fugas.<br />
Localizar avería y reparar, revisar<br />
conexiones y apretar contactos.<br />
Revisar asignación de potencia y<br />
reducir tamaño del equipo,<br />
cambiar el fluido refrigerante,<br />
instalar regulación de potencia.
SÍNTOMA<br />
Compresor. Temperatura de la<br />
línea de descarga demasiado alta.<br />
Compresor. Compresor demasiado<br />
frío.<br />
Compresor. Compresor demasiado<br />
caliente.<br />
Compresor. Sonido de golpeteo<br />
constantemente o durante el<br />
arranque.<br />
Compresor. Nivel de aceite en el<br />
cárter demasiado alto. Con carga<br />
o sin ella. Durante la parada o el<br />
arranque.<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
Temperatura de la línea de<br />
descarga demasiado alta.<br />
Paso de líquido refrigerante desde<br />
el evaporador hacia la línea de<br />
aspiración y posiblemente hacia el<br />
compresor, debido a un ajuste de<br />
la válvula de expansión incorrecto.<br />
Compresor y posiblemente motor<br />
sobredimensionados, debido a la<br />
carga del evaporador como<br />
consecuencia de una presión de<br />
aspiración demasiado alta.<br />
Enfriamiento de motor y cilindro<br />
insuficiente debido a: poco líquido<br />
en el evaporador, carga de<br />
evaporador baja, válvulas de<br />
aspiración y descarga no<br />
herméticas, recalentamiento<br />
importante en el intercambiador<br />
o en el acumulador de aspiración.<br />
Presión de condensación<br />
demasiado alta.<br />
Golpes de líquido en el cilindro<br />
debido a entrada de líquido en el<br />
compresor.<br />
Ebullición de refrigerante en el<br />
cárter.<br />
Desgaste en partes móviles del<br />
compresor.<br />
Demasiada cantidad de aceite<br />
542<br />
SOLUCIÓN<br />
Comprobar estado del plato de<br />
válvulas<br />
Ajustar la válvula de expansión a<br />
un menor recalentamiento.<br />
Reducir la carga del evaporador o<br />
sustituir por un compresor de<br />
mayor tamaño.<br />
Localizar avería entre el<br />
condensador y la válvula de<br />
expansión termostática, , revisar plato de válvulas.<br />
Sustituir el intercambiador por uno<br />
de menor tamaño, <br />
Ajustar la válvula de expansión a<br />
un recalentamiento inferior.<br />
Montar elementos de calor en el<br />
compresor o debajo del cárter.<br />
Reparar el compresor.<br />
Comprobar que no es debido a la<br />
presencia de refrigerante en el<br />
aceite.<br />
Vaciar aceite hasta nivel correcto.
SÍNTOMA<br />
Compresor. Nivel de aceite en el<br />
cárter demasiado bajo.<br />
Compresor. Aceite en ebullición<br />
al arrancar.<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
Absorción de líquido refrigerante<br />
en el aceite del cárter a causa de<br />
una temperatura ambiente<br />
demasiado baja.<br />
Cantidad de aceite demasiado<br />
pequeña.<br />
Mal retorno del aceite del<br />
evaporador a causa de: Líneas<br />
verticales de aspiración muy<br />
grandes, falta separador de aceite,<br />
falta de inclinación en la línea<br />
horizontal de aspiración.<br />
Desgaste del pistón, aros y cilindro.<br />
Si hay varios compresores<br />
conectados en paralelo: con tubo<br />
de regulación de aceite, los<br />
compresores no están a la misma<br />
altura; con regulación del nivel de<br />
aceite, válvula de flotador atascada.<br />
Retorno de aceite del separador<br />
de aceite atascado.<br />
Gran absorción de líquido<br />
refrigerante en el aceite del cárter<br />
a causa de una temperatura<br />
ambiente demasiado baja.<br />
Instalaciones con separador de<br />
aceite: demasiada absorción de<br />
líquido refrigerante en el<br />
separador durante el arranque.<br />
543<br />
SOLUCIÓN<br />
Montar elementos de calor en el<br />
compresor o debajo del cárter del<br />
mismo.<br />
Carga de aceite hasta nivel<br />
correcto.<br />
Revisar circuito de refrigerante.<br />
Revisar estado de componentes del<br />
compresor.<br />
El último compresor en arrancar<br />
(según etapas de arranque) es el<br />
que mayor probabilidad de falta<br />
de aceite presenta. Igualar alturas<br />
de instalación, aumentar el<br />
diámetro de la línea de igualación<br />
de nivel de aceite, revisar válvulas<br />
de flotador.<br />
Limpiar circuito de lubricante<br />
Montar elementos de<br />
calentamiento debajo del cárter<br />
del compresor o una resistencia de<br />
cárter en el compresor.<br />
Separador de aceite demasiado frío<br />
durante la parada. Montar<br />
elemento calefactor controlado por<br />
termostato o una válvula solenoide<br />
con retardo en la línea de retorno<br />
del aceite. Colocar una válvula de<br />
retorno en la línea de descarga<br />
después del separador de aceite.
SÍNTOMA<br />
Compresor. Aceite en ebullición<br />
durante funcionamiento.<br />
Compresor. Aceite descolorido.<br />
Compresor. No arranca.<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
Paso de líquido refrigerante desde<br />
el evaporador hacia el cárter del<br />
compresor.<br />
Sistemas con separador de aceite:<br />
la válvula no cierra<br />
completamente.<br />
Instalación contaminada. Limpieza<br />
insuficiente durante el montaje o<br />
tras una modificación importante<br />
del circuito o sistema.<br />
Instalación contaminada.<br />
Descomposición del aceite a causa<br />
de humedad en la instalación<br />
Instalación contaminada.<br />
Descomposición del aceite a causa<br />
de temperatura demasiado alta en<br />
la línea de descarga.<br />
Instalación contaminada.<br />
Partículas de desgaste de<br />
componentes móviles.<br />
Falta de tensión o tensión<br />
insuficiente en la alimentación del<br />
mismo.<br />
Fusibles quemados.<br />
Fusible fundido en circuito de<br />
control.<br />
Interruptor general en posición<br />
abierta.<br />
Comprobar el paso de corriente<br />
(cambiando bobina o contactor),<br />
examinar causa de disparo.<br />
544<br />
SOLUCIÓN<br />
Ajustar la válvula de expansión al<br />
máximo recalentamiento.<br />
Cambiar la válvula de flotador o<br />
todo el separador de aceite.<br />
Cambiar aceite, el filtro secador y<br />
limpiar el sistema de refrigerante.<br />
En caso de elevada temperatura<br />
<br />
Comprobar tensión en acometida<br />
y en caso necesario hablar con<br />
compañía suministradora de<br />
energía eléctrica.<br />
Buscar y reparar fallo eléctrico en<br />
el sistema de potencia o en el de<br />
potencia.<br />
El contactor no actúa debido a:<br />
bobina quemada, dispositivo de<br />
máxima disparado.
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
SÍNTOMA CAUSA POSIBLE<br />
El motor no arranca debido a:<br />
defecto en el arranque, el motor<br />
está quemado o cortocircuitado<br />
Contactos de arranque del motor<br />
quemados a causa de: corriente<br />
de arranque excesiva, contactor<br />
demasiado pequeño.<br />
Protectores de devanados del<br />
motor abiertos a causa de<br />
consumo excesivo de energía.<br />
Correas rotas.<br />
Protección termostática del motor<br />
cortada o defectuosa por: presión<br />
de aspiración excesiva, presión de<br />
condensación excesiva, suciedad<br />
o revestimiento de cobre en<br />
cojinete, tensión de alimentación<br />
demasiado baja, fallo de una fase,<br />
devanados del motor en<br />
cortocircuito.<br />
Otro equipo de seguridad cortado,<br />
mal ajustado o defectuoso:<br />
Presostato diferencial de aceite,<br />
presostato de baja presión,<br />
presostato de alta presión,<br />
interruptor de flujo, termostato<br />
de protección a congelación.<br />
Equipo de regulación cortado, mal<br />
ajustado o defectuoso: presostato<br />
de baja presión, termostato de la<br />
cámara.<br />
545<br />
SOLUCIÓN<br />
Revisar sistema de arranque,<br />
cambiar el bobinado del motor y<br />
revisar el nivel de aislamiento de<br />
todas las partes.<br />
Buscar cortocircuito, corriente<br />
admisible por los contactos,<br />
compararla con la de arranque del<br />
equipo y cambiar los contactos.<br />
Buscar causante elevado consumo<br />
eléctrico, revisar potencia<br />
absorbida por el sistema en<br />
condiciones normales.<br />
Revisar y cambiar.<br />
, ,<br />
limpiar circuito, revisar circuito<br />
eléctrico.<br />
, , ,<br />
, buscar causa de<br />
caudal reducido (válvulas<br />
semicerradas,…) y de bajas<br />
temperaturas.<br />
,<br />
, localizar<br />
avería y reparar.
SÍNTOMA<br />
Compresor en marcha<br />
constantemente, presión de<br />
aspiración demasiado baja.<br />
Compresor en marcha<br />
constantemente, presión de<br />
aspiración demasiado alta.<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
Compresor abierto: sobrecarga del<br />
compresor y del motor, motor<br />
demasiado pequeño.<br />
Compresor hermético o<br />
semihermético: sobrecarga del<br />
compresor y del motor, formación<br />
de ácidos en el sistema de<br />
refrigeración.<br />
Obturación en la circulación de<br />
refrigerante debido a: Válvula de<br />
líquido o aspiración cerrada,<br />
tubería aplastada, filtros obturados,<br />
válvula de solenoide atascada, hielo<br />
cera o partículas taponando la<br />
válvula de expansión, fuga de<br />
refrigerante.<br />
Evaporador inundado: elemento<br />
térmico de la válvula de expansión<br />
descargado, válvula de expansión<br />
desajustada, fuga en el flotador.<br />
Agarrotamiento en los<br />
rodamientos y cilindros debido a:<br />
Partículas de suciedad en el sistema<br />
de refrigeración, Revestimiento de<br />
cobre en partes lisas y formación<br />
de ácidos, insuficiencia o falta de<br />
lubricación (fallo en la bomba de<br />
aceite, aceite en ebullición en el<br />
cárter, baja cantidad de aceite,<br />
acumulación de aceite en el<br />
evaporador, mala igualación de<br />
aceites entre compresores).<br />
Presostato de ajustado a una<br />
presión de corte demasiado baja,<br />
o defectuoso.<br />
Plato de válvulas de<br />
aspiración/descarga con fugas.<br />
546<br />
SOLUCIÓN<br />
Revisar causa de sobrecarga,<br />
aumenta potencia del motor si es<br />
preciso, averiguar y reparar causa<br />
de aparición de ácidos.<br />
Revisar el circuito hidráulico y los<br />
elementos lo gobiernan<br />
comprobando la apertura y<br />
limpieza de todos ellos.<br />
Revisar estos elementos.<br />
Limpiar el sistema, cambiar el filtro<br />
secador, revisar y subsanar<br />
formación de ácidos, <br />
Regular el sistema de control.<br />
<br />
Cambiar el plato de válvulas.
SÍNTOMA<br />
El compresor enfría, pero no para<br />
o funciona demasiado tiempo.<br />
El compresor no para y no enfría.<br />
Potencia frigorífica insuficiente.<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
Capacidad del compresor<br />
demasiado pequeña en relación<br />
con la carga de la instalación en<br />
cualquier momento dado.<br />
El refrigerante no circula<br />
adecuadamente, válvula de líquido<br />
cerrada parcialmente, filtros<br />
obturados, válvula de solenoide<br />
obturada, línea de líquido o<br />
aspiración obturada, falta de<br />
refrigerante, válvula de expansión<br />
demasiado abierta o cerrada,<br />
sensor de la válvula de expansión<br />
descargado, válvula de expansión<br />
colocada en un lugar demasiado<br />
frío.<br />
Compresor no apropiado: pérdida<br />
en las válvulas de aspiración,<br />
equipo de baja capacidad.<br />
Falta de rendimiento por ser<br />
demasiado elevada la presión alta<br />
del sistema.<br />
Sobrecarga en el equipo: elevada<br />
carga térmica instantánea en la<br />
atmósfera refrigerada, fuga térmica<br />
en el recinto, compresor y<br />
evaporador pequeños.<br />
Las correas de compresor resbalan.<br />
547<br />
SOLUCIÓN<br />
Bajar carga térmica de la instalación<br />
o aumentar compresor.<br />
Revisar limpieza de todos los<br />
elementos, revisar si los diámetros<br />
de los elementos son adecuados a<br />
los caudales requeridos, obturar las<br />
fugas, revisar carga de refrigerante,<br />
revisar/cambiar elemento sensor<br />
de la válvula de expansión, revisar<br />
ubicación de la válvula de<br />
expansión.<br />
Ajustar la holgura entre discos y<br />
platos de válvulas, cambiar el<br />
compresor.<br />
Revisar causa de alta presión.<br />
Revisar recinto refrigerado nivel<br />
de aislamiento, pérdidas por<br />
aberturas y nivel de carga.<br />
Tensar o cambiar.
SÍNTOMA<br />
El compresor no para y no enfría.<br />
Potencia frigorífica insuficiente.<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
El refrigerante no circula en la<br />
cantidad suficiente: válvulas<br />
semicerradas o pequeñas, filtros<br />
obstruidos, válvula de solenoide<br />
de poco paso, aplastamiento o<br />
pequeño diámetro de las líneas de<br />
líquido o aspiración, falta de<br />
refrigerante, válvula de expansión<br />
parcialmente cerrada u obstruida,<br />
válvula de expansión cerrada por<br />
fallo mecánico, válvula de<br />
expansión desajustada, sensor de<br />
la válvula de expansión<br />
desajustado, válvula de expansión<br />
colocada en lugar demasiado frío,<br />
excesiva presión de alta en el<br />
flotador.<br />
La válvula de expansión queda<br />
abierta y entra tanto refrigerante<br />
que no puede evaporarse a una<br />
presión baja para dar una<br />
temperatura baja.<br />
Compresor ineficaz por: válvulas<br />
que pierden, fugas por los<br />
segmentos, baja capacidad.<br />
Presión de alta elevada lo que<br />
reduce la capacidad del compresor.<br />
Compresor sobrecargado por:<br />
excesiva carga térmica, fugas de<br />
frío/calor (fugas o puertas<br />
abiertas), compresor y evaporador<br />
pequeños, mal reparto de aire<br />
interior.<br />
Compresor trabaja a baja<br />
velocidad.<br />
548<br />
SOLUCIÓN<br />
Revisar elementos de corte del<br />
circuito, limpiar circuito, válvulas<br />
y filtros, revisar válvula de<br />
solenoide, revisar diámetros de los<br />
elementos, carga de refrigerante y<br />
revisión de fugas, revisar sección<br />
de paso y actuador de la válvula de<br />
expansión, cambiar la ubicación<br />
de la válvula de expansión,<br />
averiguar causa de presión excesiva.<br />
Repararla o cambiarla.<br />
Reparar fugas, aumentar la<br />
velocidad de régimen del<br />
compresor (si lo permite) o<br />
cambiarlo.<br />
Ver apartados anteriores.<br />
Revisar zona refrigerada,<br />
aislamiento del recinto, revisar<br />
capacidades de los elementos y<br />
sistemas de distribución de aire.<br />
Comprobar tensión de<br />
alimentación, revisar variador de<br />
frecuencia (si existe).
SÍNTOMA<br />
Potencia frigorífica insuficiente<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
El evaporador trabaja de forma<br />
ineficiente por: exceso de<br />
escarcha, serpentín taponado por<br />
presencia de aceite.<br />
Necesidades frigoríficas<br />
demasiado grandes.<br />
Avería en la regulación.<br />
Caudales de agua o aire demasiado<br />
pequeños en el evaporador y<br />
condensador.<br />
Evaporador escarchado<br />
continuamente.<br />
Filtros atascados.<br />
Válvula de expansión desajustada<br />
o demasiado pequeña.<br />
Falta de fluido.<br />
Arrastre de líquido en la<br />
aspiración.<br />
Exceso de fluido.<br />
Válvulas del compresor en mal<br />
estado.<br />
Válvula de inversión de ciclo<br />
agarrotada.<br />
Ciclos de desescarche demasiado<br />
largos.<br />
549<br />
SOLUCIÓN<br />
Proceder al desescarche, revisar<br />
serpentín.<br />
Verifíquese el aislamiento del<br />
recinto refrigerado, comprobar la<br />
carga térmica y los aportes,<br />
aumentar potencia del grupo<br />
(cambiarlo).<br />
Revisar sistema de control.<br />
Cuantificar caudales y comparar<br />
con valores de diseño, averiguar<br />
causas en caso de falta de caudales.<br />
Ciclos de desescarche insuficientes,<br />
ventilación anormal en el<br />
evaporador.<br />
Limpiar circuitos.<br />
Revisar ajuste y comprobar relación<br />
tamaño-caudal.<br />
Revisar nivel, encontrar fugas y<br />
reponer cantidad necesaria.<br />
<br />
Revisar nivel.<br />
Revisar estanquidad y sustituir en<br />
caso necesario.<br />
Comprobar bobina y actuador.<br />
Ajustar temporización.
SÍNTOMA<br />
Golpe de líquido en el compresor<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
Red de distribución mal aislada.<br />
Mangas no estancas.<br />
Temperaturas de entrada del agua<br />
o del aire de refrigeración<br />
demasiado elevadas.<br />
Superficies de intercambio de<br />
evaporador y condensador sucias<br />
o reducidas.<br />
Presiones anormales en el lado de<br />
alta o de baja presión.<br />
Demasiado líquido.<br />
Separador de partículas antigolpe<br />
de líquido inexistente o<br />
estropeado.<br />
Resistencia del cárter del<br />
compresor sin funcionar, quemada<br />
o inexistente.<br />
La válvula de expansión está<br />
demasiado abierta, es demasiado<br />
grande o está desgastada.<br />
Inundación del evaporador en el<br />
momento de la parada.<br />
El compresor se encuentra en un<br />
lugar demasiado frío.<br />
550<br />
SOLUCIÓN<br />
Revestir adecuadamente.<br />
Aislar.<br />
Verificar circuito de refrigeración.<br />
Limpiar superficies y aumentar<br />
potencia de intercambio de los<br />
elementos.<br />
Ver apartados posteriores.<br />
Purgar.<br />
Instalar dicho elemento o revisarlo<br />
en caso de existir.<br />
Asegurar su existencia y correcto<br />
funcionamiento, revisar correcto<br />
calentamiento del cárter antes de<br />
reiniciar la instalación.<br />
Revisar su grado de apertura acorde<br />
al valor de consigna, su tamaño<br />
respecto a los caudales circulantes<br />
y su correcto estado.<br />
Instalar válvula de solenoide en la<br />
línea de líquido y temporizar su<br />
apertura.<br />
Aislar térmicamente o cambiar su<br />
ubicación.
SÍNTOMA<br />
Elevado consumo de potencia.<br />
Reducido consumo de potencia.<br />
La protección de máxima<br />
intensidad se dispara.<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
El compresor funciona demasiado<br />
tiempo. Temperatura de<br />
condensación muy elevada. Falta<br />
de aceite. Demasiado fluido<br />
(condensador inundado). Émbolo<br />
y otros órganos del compresor<br />
agarrotados. Temperatura de<br />
vaporización muy elevada. Válvula<br />
de expansión demasiado abierta.<br />
Presencia de aire en el circuito<br />
Motor defectuoso<br />
Falta de fluido. Presión de<br />
condensación muy baja. Presión<br />
de vaporización muy baja. Presión<br />
de condensación muy baja y<br />
presión de vaporización muy<br />
elevada<br />
Defecto en la parte eléctrica: baja<br />
tensión, motor pequeño, cojinetes<br />
del motor con falta de lubricación<br />
o limpieza, dispositivo de máxima<br />
intensidad defectuoso, sobrecarga<br />
en el motor o falta de<br />
refrigeración, mala selección de<br />
la bobina de máxima intensidad,<br />
masa o cortocircuito en el<br />
bobinado del motor, dispositivo<br />
de arranque del motor defectuoso,<br />
contactos defectuosos, correas<br />
muy tensadas.<br />
551<br />
SOLUCIÓN<br />
Ver apartados anteriores.<br />
Examinar (amperímetro)<br />
consumo de corriente y comparar<br />
potencia absorbida con potencia<br />
generada (rendimiento) reparar<br />
o cambiar motor en caso de<br />
relación anormal.<br />
Ver apartados anteriores.<br />
Comprobar tensiones y revisar<br />
caída de tensión en la acometida,<br />
aumentar potencia del diseño,<br />
lubricar y revisar cojinetes, revisar<br />
interruptor automático,<br />
comprobar alta presión de alta y<br />
agarrotamiento del motor,<br />
comparar intensidad del motor y<br />
del elemento de protección,<br />
reparar bobinado, sistema de<br />
arranque, contactos o reajustar<br />
correas.
Ruidos<br />
SÍNTOMA<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
Alta presión en el sistema a causa<br />
de: válvula de servicio de descarga<br />
parcialmente cerrada, parte<br />
exterior de condensador sucio u<br />
obstruido, temperatura ambiente<br />
o del agua de refrigeración muy<br />
alta, circulación de aire o agua en<br />
el condensador deficiente,<br />
irrigadores taponados<br />
(condensadores evaporativos),<br />
bomba de circulación de agua de<br />
refrigeración o ventiladores que<br />
no funcionan, aire en el sistema,<br />
excesiva carga de refrigerante,<br />
condensador pequeño.<br />
El compresor no descansa de<br />
modo adecuado sobre sus soportes<br />
antivibratorios, éstos no están<br />
seleccionados de un modo acorde<br />
al peso y frecuencia del compresor<br />
o no se les ha liberado de su<br />
elemento de compresión para<br />
embalaje.<br />
El compresor bombea aceite.<br />
Cojinetes defectuosos.<br />
Bielas gastadas.<br />
Silbido.<br />
Alta presión demasiado elevada<br />
en la unidad condensadora.<br />
Alta presión por mala ventilación<br />
o condensador sucio.<br />
552<br />
SOLUCIÓN<br />
Comprobar válvula de servicio,<br />
limpiar parte exterior del<br />
condensador (tuberías de agua,<br />
aletas de intercambio,<br />
serpentines,...), reubicar<br />
condensador en busca de<br />
temperaturas de medios de<br />
refrigeración inferiores, mejorar<br />
sistema de aportación de aire o<br />
agua de refrigeración del<br />
condensador, limpiar irrigadores,<br />
revisar estado de sistema de aporte<br />
de agua o aire de refrigeración del<br />
condensador, purgar aire, revisar<br />
carga de refrigerante, aumentar<br />
potencia de condensador.<br />
Revisar reparto de pesos en los<br />
soportes, características y estado<br />
de los mismos.<br />
Comprobar nivel de aceite.<br />
Reconstruirlos (taller).<br />
Desmontar y reparar (taller).<br />
Ajustar tensión o proceder al<br />
cambio de las correas. Comprobar<br />
nivel de aceite y revisar<br />
prensaestopas.<br />
Descargar exceso de refrigerante<br />
o purgar aire existente.<br />
Limpiar condensador.
SÍNTOMA<br />
Válvula de expansión termostática.<br />
La temperatura de la cámara es<br />
demasiado elevada.<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
Polea o volante del motor flojos o<br />
mal alineados entre sí.<br />
Válvulas de descarga o aspiración<br />
desajustadas o con falta de lubricar.<br />
Vibraciones metálicas.<br />
Caída de presión excesiva a través<br />
del evaporador.<br />
Falta de subenfriamiento delante<br />
de la válvula de expansión.<br />
La caída de presión a través de la<br />
válvula de expansión es menor que<br />
la caída de presión para la cual la<br />
válvula está dimensionada.<br />
Bulbo instalado inmediatamente<br />
detrás de un intercambiador de<br />
calor o demasiado cerca de válvulas<br />
grandes, bridas, etc.<br />
La válvula de expansión está<br />
obstruida por hielo, cera u otras<br />
impurezas.<br />
553<br />
SOLUCIÓN<br />
Ajustar apriete y verificar alineación<br />
de elementos.<br />
Reajustar posición, lubricar o<br />
cambiar.<br />
Comprobar sujeción de las líneas<br />
y existencia de antivibradores.<br />
Sustituir la válvula de expansión<br />
por una válvula con igualación de<br />
presión externa. Ajustar el<br />
recalentamiento de la válvula, en<br />
caso necesario.<br />
Controlar el subenfriamiento del<br />
refrigerante delante de la válvula<br />
de expansión. Crear un mayor<br />
subenfriamiento.<br />
Controlar la caída de presión a<br />
través de la válvula. Reemplazar,<br />
en caso necesario, el conjunto de<br />
orificio y/o la válvula. Ajustar, en<br />
caso necesario, el recalentamiento<br />
de la válvula de expansión.<br />
Examinar la ubicación del bulbo.<br />
Situar el mismo lejos de válvulas<br />
grandes, bridas, etc.<br />
Limpiar la válvula de hielo, cera u<br />
otras impurezas. Controlar el color<br />
en el visor de líquido (color verde<br />
indica demasiada humedad).<br />
Cambiar el filtro secador, si<br />
estuviera montado Controlar el<br />
aceite en la instalación frigorífica.<br />
¿Se ha cambiado o añadido aceite?<br />
¿Se ha cambiado el compresor?<br />
Limpiar el filtro de impurezas
SÍNTOMA<br />
Válvula de expansión termostática.<br />
Temperatura de la cámara<br />
demasiado alta<br />
Válvula de expansión termostática.<br />
La instalación frigorífica tiene un<br />
funcionamiento inestable.<br />
Válvula de expansión termostática.<br />
La instalación tiene un<br />
funcionamiento inestable a una<br />
temperatura demasiado alta.<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
La válvula de expansión es<br />
demasiado pequeña<br />
La válvula de expansión ha perdido<br />
su carga.<br />
Ha habido una migración de carga<br />
en la válvula de expansión.<br />
El bulbo de la válvula de expansión<br />
no tiene un buen contacto con la<br />
tubería de aspiración.<br />
El evaporador está total o<br />
parcialmente escarchado.<br />
El recalentamiento de la válvula<br />
de expansión está ajustado a un<br />
valor demasiado pequeño.<br />
La válvula de expansión tiene una<br />
capacidad demasiado grande<br />
El bulbo de la válvula de expansión<br />
está instalado en un lugar<br />
inadecuado, como p.ej. en el<br />
colector de aspiración, tubo<br />
vertical después de una trampa de<br />
aceite o cerca de válvulas grandes,<br />
bridas o lugares parecidos.<br />
554<br />
SOLUCIÓN<br />
Comprobar que la capacidad de la<br />
válvula es la adecuada para el<br />
evaporador. Cambiar la válvula u<br />
orificio por un tamaño mayor.<br />
Ajustar el recalentamiento en la<br />
válvula de expansión.<br />
Controlar si la válvula de expansión<br />
ha perdido su carga. Cambiar la<br />
válvula de expansión Ajustar el<br />
recalentamiento en la válvula de<br />
expansión.<br />
Comprobar que la carga de la<br />
válvula de expansión es la<br />
adecuada. Identificar y subsanar la<br />
causa de la migración de la carga.<br />
Ajustar, en caso necesario, el<br />
recalentamiento en la válvula.<br />
Asegurar que el bulbo esté bien<br />
sujeto a la tubería de aspiración.<br />
Aislar el bulbo en caso necesario.<br />
Desescarchar el evaporador, en caso<br />
necesario.<br />
Ajustar el recalentamiento en la<br />
válvula de expansión<br />
Cambiar la válvula de expansión o<br />
el orificio por un tamaño menor.<br />
Ajustar, en caso necesario, el<br />
recalentamiento en la válvula de<br />
expansión<br />
Controlar la ubicación del bulbo.<br />
Situar el bulbo de manera que<br />
pueda recibir una buena señal.<br />
Asegurar que el bulbo esté bien<br />
sujeto a la tubería de aspiración.<br />
Ajustar, en caso necesario, el<br />
recalentamiento en la válvula de<br />
expansión.
SÍNTOMA<br />
Válvula de expansión termostática.<br />
La presión de aspiración es<br />
demasiado alta<br />
Válvula de expansión termostática.<br />
La presión de aspiración es<br />
demasiado baja<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
Paso de líquido: Válvula de<br />
expansión demasiado grande,<br />
Ajuste defectuoso de la válvula de<br />
expansión.<br />
La caída de presión a través del<br />
evaporador es demasiado grande<br />
Falta de subenfriamiento delante<br />
de la válvula de expansión.<br />
El recalentamiento del evaporador<br />
es demasiado grande<br />
La caída de presión a través de la<br />
válvula es más pequeña que la<br />
caída de presión para la cual la<br />
válvula está dimensionada.<br />
El bulbo está situado en un lugar<br />
demasiado frío, como p.ej., en una<br />
corriente de aire frío o cerca de<br />
válvulas grandes, bridas o similares<br />
La válvula de expansión es<br />
demasiado pequeña.<br />
555<br />
SOLUCIÓN<br />
Comprobar que la capacidad de la<br />
válvula es la adecuada para el<br />
evaporador. Cambiar la válvula o<br />
el orificio por un tamaño menor.<br />
Ajustar, en caso necesario, el<br />
recalentamiento en la válvula de<br />
expansión.<br />
Cambiar la válvula de expansión<br />
por una con igualación de presión<br />
externa. Ajustar, en caso necesario,<br />
el recalentamiento en la válvula de<br />
expansión.<br />
Verificar el subenfriamiento del<br />
refrigerante delante de la válvula<br />
de expansión. Establecer un mayor<br />
subenfriamiento.<br />
Controlar el recalentamiento.<br />
Ajustar el recalentamiento en la<br />
válvula de expansión.<br />
Verificar la caída de presión a través<br />
de la válvula de expansión. Cambiar<br />
el conjunto de orificio y/o la<br />
válvula por un tamaño mayor.<br />
Comprobar la ubicación del bulbo.<br />
Aislar el bulbo en caso necesario.<br />
Situar el bulbo lejos de válvulas<br />
grandes, bridas, etc.<br />
Comprobar que la capacidad de la<br />
válvula es la adecuada para el<br />
evaporador. Cambiar la válvula o<br />
el orificio por un tamaño mayor.<br />
Ajustar el recalentamiento en la<br />
válvula de expansión.
SÍNTOMA<br />
Válvula de expansión termostática.<br />
Golpes de líquido en el compresor.<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
La válvula de expansión está<br />
obstruida por hielo, cera u otras<br />
impurezas.<br />
La válvula de expansión ha perdido<br />
su carga.<br />
Se ha producido una migración<br />
de carga en la válvula de<br />
expansión.<br />
El evaporador está total o<br />
parcialmente escarchado.<br />
La válvula de expansión tiene una<br />
capacidad demasiado grande.<br />
El recalentamiento de la válvula<br />
de expansión está ajustado a un<br />
valor demasiado pequeño.<br />
El bulbo de la válvula de expansión<br />
no tiene un buen contacto con la<br />
tubería de aspiración.<br />
El bulbo está situado en un lugar<br />
demasiado caliente o cerca de<br />
válvulas grandes, bridas, o<br />
similares.<br />
556<br />
SOLUCIÓN<br />
Limpiar la válvula de hielo, cera u<br />
otras impurezas. Comprobar el<br />
color en el visor de líquido (color<br />
amarillo indica demasiada<br />
humedad). Cambiar el filtro<br />
secador, si hay. Controlar el aceite<br />
en la instalación frigorífica ¿Se ha<br />
cambiado o añadido aceite? ¿Se ha<br />
cambiado el compresor? Limpiar<br />
el filtro de impurezas.<br />
Comprobar la válvula de expansión<br />
por una posible pérdida en su<br />
carga. Cambiar la válvula de<br />
expansión. Ajustar el<br />
recalentamiento en la válvula de<br />
expansión.<br />
Comprobar la carga de la válvula<br />
de expansión. Ajustar, en caso<br />
necesario, el recalentamiento en<br />
la válvula de expansión<br />
Desescarchar el evaporador, en<br />
caso necesario<br />
Cambiar la válvula o el orificio por<br />
un tamaño menor. Ajustar, en caso<br />
necesario, el recalentamiento de<br />
la válvula de expansión.<br />
Aumentar el recalentamiento en<br />
la válvula de expansión.<br />
Comprobar la sujeción del bulbo<br />
a la tubería de aspiración. Aislar el<br />
bulbo, en caso necesario.<br />
Controlar la ubicación del bulbo<br />
en la tubería de aspiración.<br />
Cambiar el bulbo a una mejor<br />
posición.
SÍNTOMA<br />
Filtros secadores. El indicador del<br />
visor de líquido muestra amarillo.<br />
Filtros secadores. Capacidad del<br />
evaporador insuficiente<br />
Filtros secadores. Burbujas en el<br />
visor de líquido después del filtro.<br />
Filtros secadores. La salida del filtro<br />
más fría que la entrada (puede<br />
haber hielo).<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
Demasiada humedad en el sistema.<br />
Caída de presión excesiva a través<br />
del filtro.<br />
Filtro obstruido<br />
Capacidad del filtro inferior a la<br />
necesaria.<br />
Caída de presión excesiva a través<br />
del filtro.<br />
Filtro obstruído.<br />
Capacidad del filtro inferior a la<br />
necesaria.<br />
Subenfriamiento insuficiente.<br />
Refrigerante insuficiente.<br />
Caída de presión excesiva a través<br />
del filtro.<br />
Filtro obstruido.<br />
Capacidad del filtro inferior a la<br />
necesaria.<br />
557<br />
SOLUCIÓN<br />
Cambiar el filtro secador<br />
Comparar el tamaño del filtro con<br />
la capacidad del sistema. Cambiar<br />
el filtro secador<br />
Cambiar el filtro secador<br />
Comparar el tamaño del filtro con<br />
la capacidad del sistema. Cambiar<br />
el filtro secador<br />
Comparar el tamaño del filtro con<br />
la capacidad del sistema. Cambiar<br />
el filtro secador<br />
Cambiar el filtro secador<br />
Comparar el tamaño del filtro con<br />
la capacidad del sistema. Cambiar<br />
el filtro secador<br />
Comprobar la causa del<br />
subenfriamiento insuficiente. No<br />
añada refrigerante simplemente<br />
porque haya burbujas en el visor.<br />
Cargar el refrigerante necesario.<br />
Comparar el tamaño del filtro con<br />
la capacidad del sistema. Cambiar<br />
el filtro secador.<br />
Cambiar el filtro secador.<br />
Comparar el tamaño del filtro con<br />
la capacidad del sistema. Cambiar<br />
el filtro secador.
SÍNTOMA<br />
Reguladores de presión.<br />
Temperatura ambiente demasiado<br />
alta.<br />
Reguladores de presión.<br />
Temperatura ambiente demasiado<br />
baja.<br />
Reguladores de presión. Presión<br />
de aspiración inestable.<br />
Reguladores de presión. Presión<br />
de aspiración demasiado alta.<br />
Reguladores de presión. Presión<br />
de cond. demasiado alta en el<br />
condensador enfriado por aire.<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
El regulador de presión de<br />
evaporación está ajustado a un<br />
nivel demasiado alto.<br />
Fuga en el fuelle del regulador de<br />
presión de evaporación.<br />
El regulador de presión de<br />
evaporación está ajustado a un<br />
nivel demasiado bajo.<br />
El regulador de presión de<br />
evaporación es demasiado grande.<br />
El regulador de capacidad es<br />
demasiado grande.<br />
El regulador de capacidad es<br />
defectuoso o ajustado a un nivel<br />
demasiado alto.<br />
El regulador de presión de<br />
condensación está ajustado a una<br />
presión demasiado alta.<br />
558<br />
SOLUCIÓN<br />
Ajustar el regulador de presión de<br />
evaporación a una presión más<br />
baja. El ajuste debería ser aprox.<br />
de 8 a 10 K más bajo que la<br />
temperatura ambiente deseada.<br />
Recuerde apretar la cubierta<br />
protectora después del ajuste.<br />
Aflojar la cubierta protectora<br />
lentamente. Si hay presión o<br />
huellas de líquido refrigerante<br />
debajo de la cubierta protectora,<br />
significa que el fuelle tiene fugas.<br />
Ajustar el regulador de presión de<br />
evaporación a una presión más alta.<br />
El ajuste debería ser aprox. de 8 a<br />
10 K más bajo que la temperatura<br />
ambiente deseada. Recuerde<br />
apretar la cubierta protectora.<br />
Cambiar el regulador de presión<br />
de evaporación por uno más<br />
pequeño. Recuerde apretar la<br />
cubierta protectora después del<br />
ajuste.<br />
Cambiar el regulador de capacidad<br />
por uno más pequeño. Recuerde<br />
apretar la cubierta protectora<br />
después del ajuste.<br />
Cambiar el regulador de capacidad.<br />
Ajustar el regulador de capacidad<br />
a una presión más baja. Recuerde<br />
apretar la cubierta protectora<br />
después del ajuste.<br />
Ajustar el regulador de presión de<br />
condensación a la presión correcta.<br />
Recuerde apretar la cubierta<br />
protectora después del ajuste.
SÍNTOMA<br />
Reguladores de presión. Presión<br />
de cond. demasiado alta en el<br />
condensador enfriado por agua.<br />
Reguladores de presión. El<br />
regulador de presión de aspiración<br />
está fuera de ajuste.<br />
Reguladores de presión. La línea<br />
de descarga del compresor está<br />
demasiado caliente.<br />
Reguladores de presión. La<br />
temperatura en el recipiente es<br />
demasiado alta. No hay<br />
subenfriamiento del líquido.<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
El fuelle del regulador de presión<br />
de condensación puede tener<br />
fugas.<br />
El fuelle del regulador de presión<br />
de aspiración tiene fugas.<br />
Posibilidad de fugas en el fuelle<br />
del regulador de capacidad.<br />
La cantidad de gas caliente es<br />
demasiado grande.<br />
El regulador de presión de<br />
recipiente está ajustado a una<br />
presión demasiado baja.<br />
El fuelle del regulador de presión<br />
de recipiente puede tener fugas.<br />
559<br />
SOLUCIÓN<br />
Aflojar la cubierta protectora<br />
lentamente. Si hay presión o<br />
huellas de líquido refrigerante<br />
debajo de la cubierta protectora,<br />
significa que el fuelle tiene fugas.<br />
Aflojar la cubierta protectora<br />
lentamente. Si hay presión o<br />
huellas de líquido refrigerante<br />
debajo de la cubierta protectora,<br />
significa que el fuelle tiene fugas.<br />
Cambiar la válvula<br />
Aflojar la cubierta protectora<br />
lentamente. Si hay presión o<br />
huellas de líquido refrigerante<br />
debajo de la cubierta protectora,<br />
significa que el fuelle tiene fugas.<br />
Cambiar la válvula.<br />
Si es necesario, ajustar el regulador<br />
de capacidad a una presión más<br />
baja. Se puede montar una válvula<br />
de inyección en la línea de<br />
aspiración.<br />
Ajustar el regulador de presión de<br />
recipiente a una presión más alta.<br />
También puede ser necesario<br />
ajustar el regulador de presión de<br />
condensación a una presión más<br />
alta.<br />
Aflojar la cubierta protectora<br />
lentamente. Si hay presión o<br />
huellas de líquido refrigerante<br />
debajo de la cubierta protectora,<br />
significa que el fuelle tiene fugas.<br />
Cambiar la válvula
SÍNTOMA<br />
Válvulas de solenoide. La válvula<br />
de solenoide no se abre.<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
Falta de tensión de la bobina.<br />
Tensión/frecuencia incorrectas.<br />
Presión diferencial demasiado alta.<br />
Presión diferencial demasiado<br />
baja.<br />
Armadura dañada y curvada.<br />
Impurezas en la membrana / el<br />
émbolo.<br />
Impurezas en el asiento de la<br />
válvula. Impurezas en la armadura<br />
/ tubo de la armadura.<br />
560<br />
SOLUCIÓN<br />
Controlar si la válvula está abierta<br />
o cerrada: utilizar un detector<br />
magnético; levantar la bobina y<br />
controlar si hay resistencia (nunca<br />
se debe desmontar la bobina si hay<br />
tensión, ya que esto puede<br />
quemarla). Revisar el diagrama y<br />
las instalaciones eléctricas, los<br />
contactos del relé, las conexiones<br />
de cables y fusibles<br />
Comparar los datos de la bobina<br />
con los de la instalación. Medir la<br />
tensión de la bobina. – Variación<br />
de tensión permisible: Un 10%<br />
superior a la tensión nominal. Un<br />
15% inferior a la tensión nominal.<br />
Cambiar y montar una bobina<br />
correcta.<br />
Revisar datos técnicos y diferencia<br />
de presión. Sustituir la válvula.<br />
Reducir la presión diferencial p.e.<br />
la presión a la entrada.<br />
Revisar datos técnicos y diferencia<br />
de presión. Sustituir la válvula.<br />
Revisar la membrana y/o los aros<br />
del émbolo, y cambiar las diferentes<br />
empaquetaduras.<br />
Cambiar los componentes<br />
defectuosos. Cambiar las diferentes<br />
empaquetaduras.<br />
Cambiar los componentes<br />
defectuosos. Cambiar las diferentes<br />
empaquetaduras.<br />
Limpiar la válvula. Cambiar las<br />
partes defectuosas. Cambiar las<br />
diferentes empaquetaduras.
SÍNTOMA<br />
Válvulas de solenoide. La válvula<br />
de solenoide se abre parcialmente.<br />
Válvulas de solenoide. Válvula<br />
solenoide no se abre/ se abre<br />
parcialmente.<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
Corrosión/cavidades.<br />
Falta de componentes después de<br />
desmontar la válvula.<br />
Presión diferencial demasiado<br />
baja.<br />
Armadura dañada o curvada.<br />
Impurezas en el asiento de la<br />
válvula.<br />
Impurezas en el asiento de la<br />
válvula. Impurezas en la<br />
armadura/tubo de armadura.<br />
Corrosión/cavidades.<br />
Todavía hay tensión en la bobina<br />
El husillo de apertura manual no<br />
funciona.<br />
561<br />
SOLUCIÓN<br />
Cambiar las partes defectuosas.<br />
Cambiar las diferentes<br />
empaquetaduras.<br />
Montar los componentes que<br />
falten. Cambiar las diferentes<br />
empaquetaduras.<br />
Revisar los datos técnicos y la<br />
presión diferencial de la válvula.<br />
Sustituir por una válvula adecuada.<br />
Revisar la membrana y/o los aros<br />
del émbolo, y cambiar las<br />
empaquetaduras.<br />
Cambiar los componentes<br />
defectuosos. Cambiar las diferentes<br />
empaquetaduras.<br />
Limpiar la válvula. Cambiar las<br />
partes defectuosas. Cambiar las<br />
diferentes empaquetaduras.<br />
Limpiar la válvula. Cambiar las<br />
partes defectuosas. Cambiar las<br />
diferentes empaquetaduras.<br />
Cambiar las partes defectuosas.<br />
Cambiar las diferentes<br />
empaquetaduras.<br />
Levantar la bobina y controlar si<br />
hay resistencia (nunca se debe<br />
desmontar la bobina si hay tensión,<br />
ya que esto puede quemarla).<br />
Revisar el diagrama y la<br />
instalaciones eléctricas, relés,<br />
conexiones de los cables.<br />
Revisar la posición del husillo.
SÍNTOMA<br />
Válvulas de solenoide. Válvula de<br />
solenoide no se abre/se abre<br />
parcialmente<br />
Válvulas de solenoide. La válvula<br />
solenoide emite ruidos.<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
Pulsaciones en la línea de descarga.<br />
Presión diferencial demasiado alta<br />
en posición abierta. La presión de<br />
salida es a veces superior a la<br />
presión de entrada.<br />
Tubo de la armadura dañado o<br />
curvado.<br />
Placa de válvula, membrana o<br />
asiento de válvula defectuoso.<br />
Montaje de la membrana o de la<br />
placa de soporte incorrecto.<br />
Impurezas en la placa de la válvula,<br />
en la tobera de piloto o en el tubo<br />
de la armadura.<br />
Corrosión en el orificio o línea<br />
piloto.<br />
Falta de componentes después de<br />
desmontar la válvula.<br />
Ruido de frecuencia (zumbido)<br />
Presión diferencial demasiado alta<br />
y/o pulsaciones en la línea de<br />
descarga.<br />
562<br />
SOLUCIÓN<br />
Revisar datos técnicos de la válvula.<br />
Revisar presiones y condiciones de<br />
flujo. Sustituir por válvula<br />
adecuada. Revisar la instalación en<br />
general.<br />
Cambiar las partes defectuosas.<br />
Cambiar las diferentes<br />
empaquetaduras.<br />
Revisar presión y flujo. Cambiar las<br />
partes defectuosas. Cambiar las<br />
diferentes empaquetaduras.<br />
Revisar el montaje de la válvula.<br />
Cambiar las diferentes<br />
empaquetaduras.<br />
Limpiar la válvula. Cambiar las<br />
diferentes empaquetaduras.<br />
Cambiar las partes defectuosas.<br />
Cambiar las diferentes<br />
empaquetaduras.<br />
Cambiar las partes defectuosas.<br />
Cambiar las diferentes<br />
empaquetaduras.<br />
La válvula solenoide no es la causa.<br />
Revisar conexionado eléctrico.<br />
Revisar datos técnicos. Revisar<br />
presión y condiciones de flujo.<br />
Sustituir por una válvula adecuada.<br />
Revisar instalación.
SÍNTOMA<br />
Válvulas de solenoide. Bobina<br />
quemada (bobina fría con tensión)<br />
Válvulas de agua. Presión de cond.<br />
demasiado alta – condensadores<br />
enfriados por agua.<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
Tensión/frecuencia incorrectas.<br />
Cortocircuito en la bobina (puede<br />
ser causado por humedades).<br />
La armadura no se desplaza dentro<br />
del tubo: Tubo de armadura<br />
dañado o curvado; Armadura<br />
dañada; Impurezas en el tubo de<br />
armadura<br />
Temperatura del medio demasiado<br />
alta<br />
Temperatura ambiente demasiado<br />
alta<br />
Pistón o aro del pistón dañado.<br />
La válvula de está ajustada a una<br />
presión demasiado alta. (el caudal<br />
de agua es demasiado pequeño).<br />
El filtro de suciedad delante de la<br />
válvula de agua está atascado.<br />
563<br />
SOLUCIÓN<br />
Revisar los datos de la bobina.<br />
Cambiar por una bobina correcta.<br />
Revisar instalaciones eléctricas.<br />
Revisar la variación máxima de<br />
tensión. - Variación de tensión<br />
permisible: Un 10% superior a la<br />
tensión nominal. Un 15% inferior<br />
a la tensión nominal.<br />
Revisar las demás instalaciones para<br />
cortocircuitos y las conexiones de<br />
cable. Una vez reparado cambiar<br />
la bobina (con el voltaje correcto).<br />
Revisar juntas en el tubo de<br />
armadura.<br />
Cambiar las partes defectuosas.<br />
Limpiar impurezas. Cambiar las<br />
diferentes empaquetaduras.<br />
Comparar los datos de la válvula y<br />
del intercambiador con los de la<br />
instalación. Reemplazar la válvula<br />
por otra adecuada.<br />
Cambiar la válvula de ubicación.<br />
Incremente la ventilación de la<br />
válvula y el intercambiador.<br />
Cambiar las partes defectuosas.<br />
Cambiar las diferentes<br />
empaquetaduras.<br />
Aumentar el caudal de agua<br />
ajustando la válvula de agua a una<br />
presión más baja.<br />
Limpiar el filtro y seguidamente<br />
lavar la válvula de agua abriéndola<br />
para un mayor paso de agua (véase<br />
las instrucciones).
SÍNTOMA<br />
Válvulas de agua. Presión de cond.<br />
demasiado baja - condensadores<br />
enfriados por agua.<br />
Válvulas de agua. Presión de<br />
condensación oscila<br />
(funcionamiento inestable)<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
El fuelle de la válvula de agua tiene<br />
fugas.<br />
La conexión del tubo capilar y la<br />
válvula de agua y el condensador<br />
está atascada o deformada.<br />
La válvula de agua está cerrada a<br />
causa de un defecto en la<br />
membrana superior.<br />
El caudal de agua es demasiado<br />
grande.<br />
La válvula de agua está abierta a<br />
causa de un defecto en la<br />
membrana inferior.<br />
La válvula de agua no cierra<br />
debido a suciedad en el asiento de<br />
la válvula. El cono de la válvula se<br />
agarrota a causa de la suciedad.<br />
La válvula de agua es demasiado<br />
grande.<br />
564<br />
SOLUCIÓN<br />
Averiguar si el fuelle tiene fugas<br />
con un detector de fugas. Cambiar<br />
el elemento del fuelle. No debe<br />
haber presión en el elemento de<br />
fuelle durante montaje /<br />
desmontaje.<br />
Averiguar si el tubo capilar está<br />
atascado o deformado. Cambiar el<br />
tubo capilar.<br />
Comprobar si la membrana está<br />
agrietada. Cambiar la membrana.<br />
No debe haber presión en el<br />
elemento de fuelle durante<br />
montaje/desmontaje.<br />
Ajustar la válvula de agua a un<br />
caudal de agua más pequeño, es<br />
decir a una presión más alta.<br />
Comprobar si la membrana está<br />
agrietada. Cambiar la membrana.<br />
No debe haber presión en el<br />
elemento de fuelle durante<br />
montaje/desmontaje.<br />
Comprobar si hay suciedad en la<br />
válvula de agua. Cambiar los<br />
componentes necesarios. No debe<br />
haber presión en el elemento de<br />
fuelle durante<br />
montaje/desmontaje. Montar un<br />
filtro de suciedad delante de la<br />
válvula de agua.<br />
Cambiar la válvula de agua por una<br />
más pequeña.
SÍNTOMA<br />
Presostatos. Presostato de alta<br />
desconectado. Atención: No<br />
arrancar el sistema hasta que se<br />
haya detectado y rectificado la<br />
anomalía.<br />
Presostatos. El presostato de baja<br />
no para el compresor.<br />
Presostatos. Tiempo de<br />
funcionamiento del compresor<br />
demasiado corto.<br />
Presostatos. La presión de parada<br />
del presostato, en el lado de alta,<br />
no coincide con el valor de la<br />
escala.<br />
Presostatos. El eje del diferencial<br />
de la unidad simple se ha doblado<br />
y la unidad no funciona.<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
Presión de condensación<br />
demasiado elevada debido a:<br />
superficies del condensador sucias<br />
u obstruidas, ventiladores<br />
parados/fallo suministro de agua<br />
Fase/fusible, motor de ventilador<br />
defectuosos. Demasiada carga de<br />
refrigerante en el sistema. Aire en<br />
el sistema.<br />
Ajuste de diferencial demasiado<br />
elevado, el compresor no alcanza<br />
la presión de parada.<br />
Ajuste del diferencial en el<br />
presostato de baja demasiado bajo.<br />
Ajuste del presostato de alta<br />
demasiado bajo, es decir,<br />
demasiado próximo a la presión<br />
normal de funcionamiento.<br />
Presión de condensación<br />
demasiado elevada debido a:<br />
Superficies del condens. sucias u<br />
obstruidas. Ventiladores<br />
parados/fallo sum. de agua.<br />
Fase/fusible, motor de ventilador<br />
defect. Demasiado refrigerante en<br />
el sistema Aire en el sistema.<br />
El sistema a prueba de fallos en el<br />
elemento de los fuelles se activa si<br />
las desviaciones hayan sido<br />
superiores a 3 bar.<br />
Fallo en el funcionam. del<br />
mecanismo de volteo, debido a<br />
que se ha intentado comprobar el<br />
cableado manualmente desde la<br />
parte derecha de la unidad.<br />
565<br />
SOLUCIÓN<br />
Corregir los fallos mencionados.<br />
Incrementar el ajuste del rango o<br />
reducir el diferencial<br />
Incrementar el ajuste del<br />
diferencial. Comprobar el ajuste<br />
del presostato de alta.<br />
Increméntelo si lo permiten los<br />
datos del sistema. Corregir los fallos<br />
mencionados.<br />
Cambiar el presostato.<br />
Sustituir el presostato y evitar<br />
actualizar comprobaciones<br />
manuales.
SÍNTOMA<br />
Vibraciones en el presostato de alta<br />
presión.<br />
Termostatos. Tiempo de<br />
funcionamiento del compresor<br />
demasiado corto y temperatura de<br />
la cámara demasiado alta. El<br />
sistema funciona con un<br />
diferencial de temperatura<br />
demasiado elevado.<br />
Termostatos. El termostato no<br />
arranca el compresor, aún cuando<br />
la temp del sensor sea superior al<br />
valor fijado. El termostato no<br />
reacciona cuando se calienta el<br />
sensor con la mano.<br />
Termostatos. El compresor<br />
continúa funcionando aún cuando<br />
el sensor está a una temp. inferior<br />
al valor fijado.<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
Los fuelles llenos de líquido hacen<br />
que el orificio de amortiguación<br />
de la conexión de entrada no<br />
actúe.<br />
El tubo capilar del termostato que<br />
contiene la carga de vapor está en<br />
contacto con el evaporador, o el<br />
tubo de aspiración está más frío<br />
que el sensor: Insuficiente<br />
circulación de aire alrededor del<br />
sensor del termostato. La<br />
temperatura del sistema cambia<br />
tan rápidamente que el termostato<br />
no puede acusar los cambios. El<br />
termostato está montado sobre<br />
una pared fría en el interior de la<br />
cámara.<br />
Pérdida total o parcial de la carga<br />
debido a la rotura del tubo capilar.<br />
Parte del tubo capilar de un<br />
termostato dotado de carga de<br />
vapor está más frío que el sensor.<br />
Se ha ajustado un termostato con<br />
carga de vapor sin tener en cuenta<br />
las curvas del gráfico mostradas en<br />
la hoja de instrucciones.<br />
566<br />
SOLUCIÓN<br />
Montar el presostato de modo que<br />
el líquido no pueda acumularse en<br />
el elemento de los fuelles. Eliminar<br />
el flujo de aire frío alrededor del<br />
presostato. El aire frío crea<br />
condensación en el elemento de<br />
los fuelles. Montar un orificio de<br />
amortiguación en el extremo de la<br />
conexión de control que se<br />
encuentra más alejada del<br />
presostato.<br />
Colocar el tubo capilar de modo<br />
que el sensor siempre sea la parte<br />
más fría. Buscar una mejor<br />
ubicación para el sensor, donde el<br />
aire circule a mayor velocidad o<br />
donde el contacto con el<br />
evaporador sea mejor. Utilizar un<br />
termostato dotado de un sensor de<br />
menor tamaño. Reducir el<br />
diferencial. Asegurarse de que el<br />
sensor haga mejor contacto. Aislar<br />
el termostato de la pared fría.<br />
Sustituir el termostato y montar el<br />
sensor/tubo capilar correctamente.<br />
Encontrar un lugar más apropiado<br />
para el termostato, de modo que<br />
el sensor esté siempre en la parte<br />
más fría. Utilizar un termostato<br />
que incorpore carga de absorción.<br />
Con el ajuste de rango bajo, el<br />
diferencial del termostato es mayor<br />
al indicado en la escala.
SÍNTOMA<br />
Termostatos. Funcionamiento<br />
inestable del termostato dotado de<br />
carga de absorción.<br />
Termostatos. El eje del diferencial<br />
de la unidad simple está doblado<br />
y la unidad no funciona.<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CAUSA POSIBLE<br />
Las grandes variaciones en la<br />
temperatura ambiente dan lugar<br />
a una sensibilidad del grado de<br />
protección.<br />
Fallo en el funcionamiento del<br />
mecanismo de volteo debido a que<br />
se ha intentado comprobar el<br />
cableado manualmente desde la<br />
parte derecha del termostato.<br />
567<br />
SOLUCIÓN<br />
Evitar las variaciones de<br />
temperatura ambiente cerca del<br />
termostato. Si es posible, utilizar<br />
un termostato dotado de carga de<br />
vapor (insensible a las variaciones<br />
de la temperatura ambiente).<br />
Sustituir el termostato por otro<br />
dotado de un sensor de mayor<br />
tamaño.<br />
Sustituir el termostato y evitar<br />
realizar comprobaciones manuales.
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
10.5. Procedimientos en caso de averías<br />
Una vez se ha verificado cuál es concretamente el elemento causante de<br />
la avería, debe procederse a su reparación o recambio. Para ello será<br />
necesario abrir el circuito frigorífico. Vistos ya los problemas que la<br />
humedad puede causar en las instalaciones frigoríficas, debe prestarse<br />
la máxima atención para evitar la absorción de agua por parte del<br />
refrigerante.<br />
Conexión del puente de manómetros:<br />
El puente de manómetros es un instrumento necesario en la mayoría de<br />
las reparaciones ya que indica el estado del sistema y del gas en su interior,<br />
por lo que antes de efectuar cualquier acción debe conectarse en sus<br />
puntos de toma correspondientes, teniendo el cuidado de esperar tras<br />
apagar el compresor un período de tiempo hasta que el lado de baja<br />
presente cierta presión que evite la absorción de aire exterior en el<br />
momento de conectar el manómetro.<br />
Recogida de refrigerante en el depósito:<br />
Antes de desmontar cualquier componente de la instalación debe<br />
recogerse el fluido refrigerante en el depósito de líquido. Ello se consigue<br />
cerrando la llave de paso a la salida de dicho depósito y esperando a que<br />
el manómetro de baja marque presión nula. En dicho momento se cierra<br />
la llave de aspiración del compresor y se para el compresor. Antes de<br />
iniciar el desmontaje deberá observarse que la presión nula en el lado<br />
de baja se mantiene sin variaciones. En caso de aumentar se repetirá el<br />
proceso hasta lograr mantener constante la presión nula.<br />
Fugas:<br />
La presencia de fugas en una instalación frigorífica debe evitarse por<br />
todos los medios y si se da el caso de la existencia de alguna, debe<br />
repararse de modo inmediato. A través de una fuga:<br />
• Si se presenta en el lado de alta, puede perderse parte del refrigerante,<br />
con la importancia que presenta para la instalación la carga justa de<br />
este fluido.<br />
• Si la fuga se presenta en el lado de baja, puede aspirarse aire y<br />
humedad, con todos los problemas que ello acarrea al refrigerante<br />
y al lubricante.<br />
Las fugas suelen presentarse en las uniones entre tuberías y accesorios.<br />
Las uniones soldadas son mucho menos sensibles a las vibraciones y, por<br />
ello, se prefieren frente a otro tipo de uniones roscadas. El modo de<br />
reparar una fuga suele ser desmontar el elemento en el que se ha<br />
568
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
originado la fuga y sustituirlo por uno nuevo, volviendo a soldar las partes<br />
pertinentes.<br />
El circuito se debe haber vaciado de refrigerante e independizado del<br />
compresor a través de sus tomas de alta y baja presión, con la ayuda de<br />
un puente de manómetros. Para realizar la soldadura en tuberías de<br />
cobre se hace pasar por el interior del circuito un gas inerte (generalmente<br />
nitrógeno) que reemplaza al aire y evita la formación de óxidos en el<br />
interior de las tuberías mientras dura el proceso de soldadura y las altas<br />
temperaturas que ello conlleva.<br />
Tras la soldadura se pinta o barniza la zona afectada para evitar futuras<br />
corrosiones y se comprueba la estanquidad de la solución.<br />
Una fuga en el prensaestopas del compresor (de tipo abierto) da lugar<br />
a pérdida de refrigerante y, además, de lubricante, con el aumento de<br />
las fricciones y las temperaturas que ello conlleva, pudiendo llegar a la<br />
rotura de los sistemas mecánicos de la instalación. Este tipo de fugas se<br />
presenta cuando existe falta de lubricante.<br />
La falta de lubricante provoca el rozamiento entre el cigüeñal y el asiento<br />
del prensaestopas y se deriva en el rayado de alguna de las dos partes.<br />
La fuga no puede repararse “in situ” y deben llevarse ambas piezas a<br />
taller para que sean rectificadas y acoplen perfectamente de nuevo,<br />
evitando la salida de los fluidos internos de la instalación.<br />
Las válvulas de servicio del compresor son otro punto común de fugas.<br />
Su control, sin embargo, es mucho más sencillo y se reduce a montar<br />
cuidadosamente la arandela metálica que hace de junta entre la válvula<br />
y el tapón, apretar con fuerza el tapón tras las revisiones y comprobar<br />
el prensaestopas que hace de cierre entre el vástago de la válvula y el<br />
cuerpo de la misma.<br />
Válvulas de aspiración o descarga no estancas:<br />
La falta de estanqueidad de las válvulas de aspiración o descarga de un<br />
compresor se detectan realizando pruebas de rendimiento al compresor.<br />
Éstas se realizarán cuando se observe que la potencia frigorífica del<br />
sistema ha disminuido, manteniéndose la potencia consumida por la<br />
instalación y que el resto de parámetros de la instalación son correctos<br />
(niveles de aceite y de refrigerante, ajustes de los termostatos y<br />
presostatos,...).<br />
Una prueba de rendimiento se realiza instalando un puente de<br />
manómetros en las válvulas de servicio de alta y de baja del compresor.<br />
Se separa la tubería del evaporador abriendo la válvula de aspiración y<br />
se pone en marcha momentáneamente el compresor: la presión de<br />
aspiración se reducirá de modo notable. Se para el compresor y se observa<br />
si la presión de alta se mantiene constante o si, por el contrario, comienza<br />
569
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
a descender. En caso de que descienda la presión de alta y la presión de<br />
baja aumenta de cero, es señal de la pérdida que presentan las válvulas<br />
de descarga y las de succión.<br />
Si sólo desciende la alta presión sólo hay fuga en el lado de descarga, y<br />
si no se puede obtener el vacío pero la alta presión permanece constante<br />
tras la parada del compresor, la fuga se encuentra en el lado de aspiración.<br />
Identificadas válvulas con fugas debe procederse a su reparación.<br />
Desmontando la culata del motor y el plato de válvulas se accede a las<br />
válvulas de aspiración y descarga. La superficie de las válvulas muestra<br />
información sobre la causa de su rotura:<br />
• Si no presenta aceite, es la falta de lubricación la que ha provocado<br />
el desgaste del elemento.<br />
• La presencia de humedad se denota por la existencia de una sustancia<br />
gomosa negra.<br />
• Si aparece carbonilla ha habido un sobrecalentamiento de alguna<br />
parte del compresor y el lubricante se ha quemado.<br />
Las válvulas se reparan mejorando las superficies de contacto entre ellas<br />
y el cuerpo del compresor de modo que no quede oquedad a través de<br />
la cual se filtre el refrigerante. Un pulido especial de ambas superficies<br />
suele ser suficiente para asegurar de nuevo la estanqueidad.<br />
Averías en las válvulas de expansión:<br />
Válvulas de expansión automáticas.<br />
La presencia de partículas extrañas entre orificio y actuador del elemento<br />
es la causa más común de fallo de este tipo de válvulas.<br />
Para tratar de eliminar estos elementos del asiento de la válvula puede<br />
someterse al elemento a una corriente extra de refrigerante que trate<br />
de arrastrarlos. Para ello se cierra la válvula de salida del recipiente de<br />
líquido, se abre la válvula de expansión al máximo y se abre la válvula<br />
del recipiente, con la intención de que el colapso de la corriente de<br />
fluido con las partículas las elimine de su ubicación.<br />
Si tras la actuación se repone el funcionamiento normal de la instalación<br />
se habrá eliminado el problema y habrá que limpiar el filtro de la válvula<br />
de expansión o cambiarlo por otro más eficaz.<br />
Otra causa común de mal funcionamiento de una válvula de expansión<br />
automática es la presencia de humedad en el refrigerante que se congela<br />
entre actuador y orificio taponando la sección de paso, total o parcialmente.<br />
Para averiguar si es la presencia de hielo lo que causa la avería del<br />
elemento, se para el compresor esperando a que aumente la temperatura<br />
de la válvula de modo que se deshiele el agua. Se pone de nuevo en<br />
570
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
funcionamiento el compresor y durante un periodo de tiempo (hasta<br />
que se vuelva a formar el hielo sobre la válvula) el funcionamiento de<br />
la instalación será normal, para volver a presentar problemas cuando la<br />
humedad vuelve a solidificar.<br />
Para capturar la humedad deberá vaciarse la instalación de refrigerante,<br />
cambiarlo o someterlo a un proceso de deshumidificación, o instalar un<br />
filtro deshidratador en el sistema.<br />
Si no se soluciona el problema habrá que desmontar la válvula y examinarla<br />
detenidamente para averiguar la causa de su mal funcionamiento.<br />
Válvulas de expansión termostáticas.<br />
Este tipo de válvulas presentan los mismos problemas que las vistas en<br />
el apartado anterior. Además, debe tenerse en cuenta que el<br />
funcionamiento incorrecto del elemento puede deberse a una mala<br />
ubicación del bulbo sensor que sirve de comando a la actuación de la<br />
válvula.<br />
La ubicación del bulbo debe realizarse en un punto significativo del<br />
recinto refrigerado, donde no pueda verse afectado por fenómenos<br />
puntuales que alteren las condiciones internas, ni por la cercanía del<br />
evaporador.<br />
Humedad en el sistema:<br />
Los métodos para eliminar la humedad en las instalaciones frigoríficas<br />
se reducen a la instalación de filtros secadores y al vaciado de las mismas<br />
de sus fluidos refrigerante y lubricante para limpiar tanto estos fluidos<br />
como la instalación en sí, sometiéndola a barridos con aire caliente, gases<br />
inertes y formación de vacío en su interior.<br />
Del párrafo anterior se deduce la dificultad y el coste que puede acarrear<br />
extraer la humedad de un sistema. Hay que evitar la entrada de humedad<br />
en la instalación y su absorción por parte de los fluidos internos<br />
Aire en el sistema:<br />
El aire (aparte de que aporta humedad) es un gas incondensable y causa<br />
aumento de presión en la instalación y debe purgarse cuando se detecta<br />
su presencia. Para purgar el aire de una instalación frigorífica se instala<br />
un latiguillo de conexión flexible en la válvula de servicio de alta, se pone<br />
en funcionamiento el compresor y se abre dicha válvula.<br />
El latiguillo debe haberse conducido a un espacio abierto (de modo que<br />
la pequeña cantidad de refrigerante que pueda escaparse no cree una<br />
atmósfera perjudicial en la instalación (no proceder de este modo si el<br />
refrigerante perjudica la capa de ozono)). Debe controlarse la temperatura<br />
del recipiente de líquido, cuando comience a descender implica que el<br />
571
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
refrigerante en su interior se está vaporizando y que el aire ha sido<br />
expulsado del sistema, pudiendo cerrar ya la válvula de descarga del<br />
compresor.<br />
Problema mecánico en el compresor:<br />
En muy pocas ocasiones, un problema mecánico en el compresor no<br />
puede ser arreglado en la instalación, sino que precisa que sea llevado<br />
al taller o enviado al fabricante para que proceda a su reparación.<br />
En primer lugar, debe anularse la alimentación eléctrica al equipo,<br />
abriendo su interruptor de alimentación. A continuación, se comprueba<br />
que efectivamente sus bornas de alimentación están libres de tensión y<br />
se procede a su desconexión eléctrica. Se cierran las llaves de servicio<br />
del compresor y se vacía el refrigerante y aceite que pueda contener en<br />
su interior. El compresor ya está listo para ser transportado.<br />
Una vez arreglado, el compresor se ubica de nuevo en su lugar<br />
correspondiente, se conecta al circuito, se crea el vacío en su interior,<br />
se llena de lubricante, se conecta eléctricamente a su línea de alimentación,<br />
se cierra su interruptor y se abren de nuevo las válvulas de servicio,<br />
recargando la cantidad necesaria de refrigerante.<br />
Compresor quemado:<br />
Además de las operaciones anteriores y teniendo en cuenta que en este<br />
caso el compresor suele resultar irreparable, por lo que habrá que instalar<br />
un nuevo compresor, además se debe proceder a la limpieza de la<br />
instalación, del refrigerante y del aceite.<br />
Hay que limpiar tuberías y accesorios, incluyendo los filtros de todos los<br />
elementos. La quema de un compresor suele acarrear producción de<br />
ácidos por las altas temperaturas generadas en presencia de aceite. El<br />
aceite y el refrigerante pueden tratar de recuperarse si la contaminación<br />
no ha resultado muy elevada, o puede optarse por su eliminación si los<br />
análisis a los que se someten así lo indican.<br />
Limpieza de un circuito:<br />
Muchas de las reparaciones de una instalación conllevan una limpieza<br />
general del circuito. Antes de proceder a la limpieza propiamente dicha,<br />
deberá conocerse la naturaleza de los contaminantes a eliminar.<br />
La limpieza de instalaciones frigoríficas se realiza por disolución del<br />
contaminante en otro líquido que somos capaces de eliminar. Se utilizará<br />
uno u otro disolvente en función de lo que se desea eliminar: agua,<br />
humedad o hidratos, aceites y ácidos.<br />
572
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
La limpieza se efectúa por tramos. Con el circuito vacío de refrigerante<br />
se procede a:<br />
• Desconectar el compresor.<br />
• Desconectar las válvulas de expansión y regulación.<br />
• Desconectar el filtro deshidratador.<br />
• Desconectar elementos como el evaporador y el condensador para<br />
sectorizar la limpieza.<br />
• Limpiar los elementos singulares con disolvente y dejar secar.<br />
• Los tramos de circuito se someten sucesivamente a un barrido de<br />
disolvente presurizado con un gas inerte (generalmente nitrógeno):<br />
- Por una parte, se conecta la botella con el nitrógeno a presión y<br />
el disolvente y por el otro extremo se conecta a un depósito o<br />
recipiente de recogida de los residuos.<br />
- Se abre la descarga de disolvente hasta que en el recipiente se<br />
recoja disolvente limpio.<br />
- Se cierra la descarga y se realiza un segundo barrido únicamente<br />
con nitrógeno, para eliminar el resto de disolvente.<br />
• Cuando se ha realizado la limpieza de todos los elementos, se vuelven<br />
a conectar, se realiza el vacío, se carga de refrigerante y se pone de<br />
nuevo en funcionamiento.<br />
10.6. Puesta en marcha de una instalación frigorífica<br />
Una vez terminado el montaje de la instalación, se revisará la correcta<br />
conexión y ubicación de todos los elementos, y se procederá a realizar<br />
las pruebas de puesta en marcha, en el siguiente orden:<br />
• Prueba de fugas.<br />
• Purga.<br />
• Creación de vacío.<br />
• Llenado del sistema de refrigerante y lubricante.<br />
Prueba de fugas:<br />
La detección de fugas se realiza tanto cuando se pone en marcha la<br />
instalación por vez primera como en las controles de mantenimiento<br />
rutinario. Se realiza con la instalación a presión y cargada.<br />
Como primera comprobación de estanqueidad debe hacerse una carga<br />
con nitrógeno y comprobar la permanencia de la carga en la instalación<br />
a la máxima presión de trabajo durante el tiempo estipulado. Si se<br />
573
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
produce un descenso en la presión es síntoma de que existe alguna fuga<br />
y para detectarla se utiliza agua jabonosa.<br />
Tras revisar la instalación con nitrógeno se procede a realizar la prueba<br />
con el fluido refrigerante que se usará en el funcionamiento normal. La<br />
prueba se llevará a cabo con una pequeña cantidad de refrigerante:<br />
• Se cierra la válvula de salida del recipiente de líquido.<br />
• Se comprueba que la válvula de aspiración del compresor está cerrada,<br />
se quita su tapón de seguridad y se conecta el puente de manómetros<br />
en posición de carga. Se conecta la botella al puente y se purga el<br />
aire contenido en el latiguillo a través de la conexión del manómetro.<br />
• Se abre la botella de carga y se abre la válvula de aspiración de modo<br />
que se cierre el paso de gas hacia el evaporador pero se permite su<br />
paso hacia el compresor.<br />
• Se enciende el compresor procurando, con la abertura de la botella<br />
de carga, que la presión no descienda por debajo de la presión<br />
atmosférica y se carga una pequeña cantidad de gas.<br />
• Se cierra la válvula de alimentación de la botella, se desconecta el<br />
puente de manómetros, se para el compresor y se pone la válvula de<br />
servicio de aspiración en posición de funcionamiento normal.<br />
• Se hace la comprobación de fugas en el lado de alta (compresor,<br />
condensador y depósito de líquido).<br />
• Se abre momentáneamente la válvula de salida del depósito para<br />
dejar pasar una pequeña cantidad de fluido y se comprueba la<br />
existencia de fugas en el lado de baja (línea de líquido, válvula de<br />
expansión, condensador y línea de aspiración).<br />
Cuando se trabaja con clorofluorocarbonados, la detección se realiza<br />
mediante agua jabonosa, lámpara halógena, detectores electrónicos,<br />
colorante, o aditivo fluorescente y lámpara de rayos ultravioleta.<br />
En el caso de fluorocarbonados, se usa agua jabonosa, detectores<br />
electrónicos específicos para el fluido utilizado o aditivo fluorescente y<br />
lámpara de rayos ultravioleta.<br />
Para el amoníaco, dado su fuerte e inconfundible olor, el olfato sirve de<br />
primer detector ante fugas. Una mecha azufrada, agua jabonosa o detector<br />
electrónico son usados también para detectar pequeñas fugas.<br />
La búsqueda de fugas consiste en recorrer toda la longitud de la instalación<br />
con el detector, haciéndolo pasar por todo el perímetro exterior de los<br />
elementos.<br />
• Lámpara halógena: se acompaña de una pequeña botella de butano<br />
que produce una llama y calienta una lámina de cobre hasta que se<br />
574
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
torna roja. La llama es de color azul y se vuelve verde en presencia<br />
de fluido halogenado. La capacidad de detección de este sistema es<br />
bastante limitada.<br />
• Agua jabonosa: con la ayuda de un pincel se unta la superficie de los<br />
elementos y se observa si aparecen burbujas. Sólo detecta grandes<br />
fugas.<br />
• Colorantes y aditivos fluorescentes: algunos refrigerantes se suministran<br />
con un aditivo colorante que permite la detección de fugas cuando<br />
se producen, dejando trazos de colores fácilmente visibles. Los<br />
colorantes, sin embargo, suelen ser capturados por los filtros<br />
deshidratadores, no siendo recomendables si existe este elemento<br />
en la instalación. Los aditivos fluorescentes son mezclas de aceite y<br />
elementos de origen orgánico que tienen la propiedad de la<br />
fluorescencia cuando son alumbrados con luz de este tipo.<br />
• Detectores electrónicos: existen de muy variados tipos y su capacidad<br />
de detección llega hasta fugas de 0,1g de refrigerante por año. Hay<br />
versiones de taller, portátiles y para instalar de modo fijo en la<br />
instalación frigorífica.<br />
Purga:<br />
Si durante la prueba de fugas ha entrado refrigerante líquido en la zona<br />
de baja presión debe purgarse, abriendo al exterior la válvula de aspiración<br />
del compresor de modo que salga el aire retenido y el refrigerante en<br />
forma líquida.<br />
Creación de vacío:<br />
Se crea el vacío en la instalación para extraer todo el aire y humedad<br />
que pueda contener. Para ello se conecta un puente de manómetros en<br />
las válvulas de servicio del compresor. En la tercera salida del puente se<br />
conecta una bomba de vacío con un vacuómetro que controle la depresión<br />
alcanzada en el interior del circuito.<br />
La presión a alcanzar debe ser inferior a la tensión del vapor de agua<br />
correspondiente a la temperatura más baja del sistema.<br />
El tiempo de vaciado dependerá del tamaño de la instalación y de la<br />
capacidad de la bomba de vacío.<br />
Durante la operación puede ser necesario calentar ciertas partes del<br />
sistema para evitar que el vapor de agua se transforme directamente en<br />
hielo e imposibilite su eliminación.<br />
La instalación debe ser capaz de mantener el vacío antes de proceder a<br />
la carga de refrigerante, mostrando así la inexistencia de fugas.<br />
575
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Carga de refrigerante:<br />
Esta operación se realiza en la puesta en marcha de la instalación (si el<br />
compresor no viene cargado) o cuando ha descendido el nivel de fluido.<br />
• Se conecta el puente de manómetros.<br />
• Se cierra la válvula de salida de líquido del recipiente de<br />
almacenamiento.<br />
• Se conecta la botella o cilindro de carga al puente y se purgan de<br />
aire los latiguillos de conexión. Se llena la cantidad necesaria de<br />
refrigerante según el procedimiento descrito en el apartado de<br />
detección de fugas. La cantidad necesaria vendrá marcada por:<br />
- La capacidad del cilindro de carga.<br />
- Por el peso necesario a introducir según las características de la<br />
instalación y que será controlado a través de una báscula de<br />
precisión durante la carga.<br />
• Finalizada la carga, se cierra la llave de la botella o cilindro de carga,<br />
se para el compresor y se desconecta el puente de manómetros. A<br />
continuación se sitúan las válvulas de aspiración y de descarga en<br />
posición de servicio y la instalación está lista para entrar en<br />
funcionamiento.<br />
Carga de lubricante:<br />
Los compresores suelen suministrarse con la carga necesaria de aceite.<br />
Periódicamente será necesario proceder a su recarga.<br />
Existen compresores dotados de tapón de carga de aceite. En este caso<br />
la operación de carga consiste en cerrar la válvula de aspiración y mantener<br />
la parte de baja a presión atmosférica mientras se quita el citado tapón<br />
y se introduce la cantidad de necesaria de lubricante.<br />
Otros compresores no incorporan tapón de carga de aceite. En ese caso<br />
se conecta un puente de manómetros, se cierran las válvulas de aspiración<br />
y de descarga del compresor y la de salida del recipiente de líquido. Se<br />
pone en marcha el compresor y se genera cierta cantidad de vacío (en<br />
función de la cantidad de aceite a introducir). En el lado de aspiración<br />
se conecta un latiguillo introducido en un recipiente cerrado con mayor<br />
cantidad de aceite que la que necesita la instalación. Abriendo la llave<br />
del latiguillo, la depresión causará que la instalación absorba el aceite<br />
del recipiente. Cuando se alcance el nivel óptimo de aceite, se cierra la<br />
llave del latiguillo, se desconecta el puente de manómetros y se dejan<br />
todas las válvulas en posición de servicio.<br />
En instalaciones nuevas, la puesta en funcionamiento supone un consumo<br />
de lubricante superior a lo normal ya que se lubrican por vez primera<br />
576
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
muchos de los componentes de la instalación. Es normal que el nivel de<br />
aceite se reduzca de modo considerable y es muy importante reponerlo<br />
cuidadosamente durante las primeras semanas de funcionamiento.<br />
10.7. Mantenimiento<br />
Como se comentó al inicio del capítulo, no hay más modos de evitar las<br />
averías que con un minucioso plan de mantenimiento preventivo que<br />
sea capaz de anticiparse a la aparición de los problemas, conservando<br />
las instalaciones en perfecto estado de funcionamiento.<br />
Las tablas de averías presentadas en el punto 1.5.10.4 mencionan las<br />
causas posibles de aparición de cada una de las averías. Un mantenimiento<br />
preventivo debe actuar sobre la instalación para que no aparezcan estas<br />
causas.<br />
Para comprobar el correcto funcionamiento de la instalación habrá que<br />
repasar la siguiente lista de puntos:<br />
• Presión de parada y puesta en marcha del compresor.<br />
• Presión de alta funcionando el compresor.<br />
• Temperatura de parada y puesta en marcha del compresor.<br />
• Presión media de funcionamiento.<br />
• Desescarche total del evaporador en una operación de desescarche.<br />
• Correcto estado de las válvulas de aspiración y descarga.<br />
• Comprobar la tensión de las correas y su estado.<br />
• Correcta alineación de la polea del motor en el volante.<br />
• Correcto estado de los cojinetes.<br />
• Nivel de refrigerante.<br />
• Nivel de aceite.<br />
• Limpieza del condensador de aire.<br />
• Correcto estado de la válvula de expansión.<br />
• Repasar y limpiar los contactos eléctricos en las unidades abiertas, o<br />
el sistema eléctrico en las unidades herméticas o semiherméticas.<br />
• Comprobar estado de los interruptores automáticos, diferenciales o<br />
fusibles.<br />
Un plan de mantenimiento más detallado se desarrolla a continuación:<br />
Mantenimiento eléctrico:<br />
• Medidas a efectuar:<br />
577
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
- Aislamiento respecto a tierra.<br />
- Tensión entre fases.<br />
- Intensidad por fase.<br />
• Controles en los cuadros eléctricos:<br />
- Comprobación de la protección general.<br />
- Intensidad de derivación a tierra que hace actuar a la protección<br />
diferencial.<br />
- Ajuste de relés térmicos.<br />
- Revisión de relojes, programadores y temporizadores.<br />
- Revisión de alarmas y pilotos indicadores.<br />
- Revisión de la correcta transmisión de fallos.<br />
- Revisión del adecuado apriete de todas las conexiones y terminales.<br />
Mantenimiento frigorífico:<br />
• Tuberías:<br />
- Revisar la correcta sujeción de todos los tramos, quedando<br />
accesibles y sin posibilidad de vibraciones.<br />
- Revisar aislamiento térmico.<br />
- Mantenimiento de las pendientes necesarias que posibilitan el<br />
retorno del aceite al compresor.<br />
- Revisar el estado del recipiente de líquido.<br />
- Control de la velocidad del fluido en varios puntos para verificar<br />
que no se están produciendo deposiciones en el interior de las<br />
tuberías que reduzcan la sección de paso.<br />
- En caso de aparición de corrosiones, averiguar causa, cepillar las<br />
zonas afectadas y pintarlas tras descartar la presencia de fugas.<br />
- Revisar el correcto estado de todas las válvulas y elementos de<br />
corte, y que siguen siendo operativos.<br />
- Control de fugas.<br />
• Conductos de evacuación de condensados:<br />
- Revisar estado de sifones: presencia de agua, ausencia de<br />
deposiciones,...<br />
- Revisar que las conducciones mantienen sus pendientes necesarias.<br />
• Compresores:<br />
- Control de arranque en condiciones normales de funcionamiento.<br />
578
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
- Medida del nivel y de la acidez del aceite.<br />
- Control de estanquidad en válvulas de servicio y prensaestopas.<br />
- Control de presiones de aceite y del presostato diferencial de<br />
aceite.<br />
- Resistencia de calentamiento del cárter.<br />
- Ausencia de ruidos y vibraciones.<br />
- Control de temperatura de la culata.<br />
- Control y ajuste de la regulación de potencia.<br />
- Mantenimiento de la presión de condensación.<br />
- Presiones y temperaturas de aspiración y de descarga.<br />
- Revisar el correcto ajuste de los presostatos de alta y baja.<br />
- Medición de los tiempos de funcionamiento y números de<br />
arranque.<br />
- Limpieza y revisión del separador de aceite a la salida del compresor.<br />
• Condensadores:<br />
- Asegurar ausencia de incondensables en la instalación.<br />
- Control del subenfriamiento.<br />
- Control de la temperatura de entrada y de salida del fluido de<br />
enfriamiento.<br />
- Medición del caudal de aire o agua.<br />
- Condensadores enfriados por aire.<br />
- Limpieza y enderezamiento de las aletas. Para la limpieza se<br />
emplean chorros de aire comprimido o nitrógeno a presión<br />
en las unidades exteriores, y agua a presión también en las<br />
exteriores y en las interiores dotadas de desagüe.<br />
- Entrada y salida de aire.<br />
- Ventiladores.<br />
- Funcionamiento de las compuertas de regulación.<br />
- Nivel de ruidos.<br />
- Corrosiones.<br />
- Condensadores enfriados por agua perdida.<br />
- Estado de incrustaciones.<br />
- Verificación y ajuste de las válvulas de agua presostáticas.<br />
579
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
- Condensador enfriado por agua con torre de recuperación:<br />
- Estado de incrustaciones del condensador.<br />
- La limpieza de estos condensadores consiste en la<br />
desincrustación de todos los materiales adheridos a las paredes<br />
de las tuberías.<br />
- La desincrustación se realiza con agentes químicos como el<br />
ácido clorhídrico, aunque el agente concreto dependerá de<br />
la naturaleza de las incrustaciones y del material componente<br />
del condensador.<br />
- Se realizará un enjuague total del elemento con agua tras la<br />
aplicación del desincrustante.<br />
- Para evitar las incrustaciones se debe usar agua de<br />
refrigeración tratada químicamente.<br />
- Estado de la bomba de recirculación.<br />
- Control del drenaje de desconcentración.<br />
- Medida del título hidrométrico.<br />
- Control de los depósitos de algas en la balsa de la torre.<br />
- Estado del separador de partículas de agua.<br />
- Estado de la plataforma de distribución de agua<br />
- Ventilador.<br />
- Batería anti-hielo.<br />
- Nivel de ruidos y penachos de vapor.<br />
- Tratamiento de agua.<br />
- Corrosiones.<br />
• Evaporadores:<br />
- Control del recalentamiento.<br />
- Control del distribuidor.<br />
- Temperatura de entrada y salida del fluido enfriado.<br />
- Revisión de la válvula de presión constante.<br />
- Evaporador enfriador de aire:<br />
- Estado de incrustaciones.<br />
- Entrada y salida de aire.<br />
- Ventiladores.<br />
- Control del desescarche y ajuste.<br />
580
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
- Circulación de condensados.<br />
- Nivel de nidos.<br />
- Control de los cordones calefactores de las puertas.<br />
- Corrosiones.<br />
- Caudal de aire.<br />
- Evaporadores enfriadores de agua:<br />
- Estado de ensuciamiento y de incrustaciones.<br />
- Bomba.<br />
- Termostato anti-hielo.<br />
- Caudal de agua.<br />
• Línea de líquido:<br />
- Comprobación de la ausencia de humedad en el fluido.<br />
- Control de la temperatura de la línea de líquido, para disminuir<br />
la formación de hielo instantáneo por expansión.<br />
- Revisar ausencia de burbujas en el visor de líquido.<br />
- Válvula solenoide.<br />
- Corrosiones.<br />
• Motores eléctricos y sus acoplamientos:<br />
- Fijación de los motores.<br />
- Cojinetes, rodamientos.<br />
- Arranque, órganos anexos.<br />
- Fijación de las poleas.<br />
- Alineación de los acoplamientos.<br />
- Tensión y uso de las correas.<br />
- Temperatura de la carcasa.<br />
• Locales técnicos:<br />
- Accesos sin obstáculos.<br />
- Ventilación.<br />
- Alumbrado de emergencia.<br />
- Extintor.<br />
- Etiquetado de todos los elementos.<br />
- Estado de limpieza tanto del local como de las partes exteriores<br />
de los componentes de la instalación.<br />
581
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
• Filtros de aire: Existen filtros de aire de tipo lavable y de tipo desechable,<br />
según corresponda deberá<br />
- Limpieza.<br />
- Recambio.<br />
10.8. Documentación relacionada<br />
Para poder realizar el adecuado mantenimiento de una instalación<br />
frigorífica es imprescindible tener documentada todas las características<br />
técnicas de la misma.<br />
Del ciclo frigorífico hay que conocer todos sus parámetros de diseño:<br />
• Presiones y temperaturas de alta y de baja.<br />
• Sobrecalentamiento y subenfriamiento que debe sufrir el refrigerante.<br />
• Presiones y temperaturas de arranque y paro de la instalación.<br />
Del compresor se debe conocer:<br />
• Tipo y capacidad.<br />
• Tensiones e intensidades de funcionamiento en las condiciones de<br />
diseño.<br />
• Potencia eléctrica consumida en las condiciones de diseño.<br />
• Curvas de rendimiento y de potencia ante distintos regímenes de<br />
carga.<br />
• Presiones máximas y mínimas de funcionamiento.<br />
• Lubricantes que pueden ser usados.<br />
En cuanto al refrigerante y al lubricante:<br />
• Denominaciones y composiciones.<br />
• Compatibilidad con los distintos tipos de lubricantes/refrigerantes.<br />
• Grados de toxicidad e inflamabilidad.<br />
• Precauciones de manutención y almacenamiento.<br />
• Modo de carga y descarga de la instalación.<br />
• Posibilidades de reciclaje, reutilización, recuperación y modo de<br />
eliminación de acuerdo a normativa vigente.<br />
Del evaporador y del condensador:<br />
• Tipo y capacidad de intercambio.<br />
• Necesidades de mantenimiento y modos de limpieza.<br />
582
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
De los elementos de control y regulación:<br />
• Tipo.<br />
• Ajustes de diseño.<br />
• Necesidades de mantenimiento.<br />
Hojas de mantenimiento:<br />
Las hojas de mantenimiento componen, a parte de las herramientas y<br />
utillaje, el material de trabajo de todo mantenedor frigorista. En ellas se<br />
encuentran todas las medidas y controles que debe realizar el técnico al<br />
visitar la instalación.<br />
Contienen una serie de huecos donde el mantenedor debe ir anotando<br />
las medidas de las diferentes magnitudes que va tomando “in situ”:<br />
presiones y temperaturas del refrigerante en distintas partes del ciclo,<br />
temperatura en el interior del recinto refrigerado, caudales y temperaturas<br />
del agua y/o aire de refrigeración,...<br />
Contienen además una relación con las comprobaciones que deben<br />
realizarse sin que de su ejecución se derive anotación numérica alguna,<br />
como son: revisar ausencia de fugas o corrosiones en puntos críticos,<br />
adecuada lubricación de las partes móviles visibles, adecuados niveles de<br />
refrigerante y de lubricante,...<br />
Las hojas de mantenimiento, aunque poseen una base común para todas<br />
las instalaciones, se concretan para cada instalación ubicando y ordenando<br />
todos los datos de modo que el orden en el que aparecen en las hojas<br />
es el orden en el que se debe realizar la revisión, teniendo en cuenta<br />
para ello la ubicación de los elementos a controlar.<br />
10.9. Medidas de seguridad<br />
En el mantenimiento de instalaciones frigoríficas se debe prestar especial<br />
atención por la presencia de:<br />
• Riesgos eléctricos.<br />
• Riesgos originados por la existencia de refrigerantes tóxicos o<br />
inflamables.<br />
• Riesgos originados en la ejecución de soldaduras.<br />
• Riesgos originados por la presencia de depósitos y elementos a presión.<br />
• Riesgos originados por la presencia de elementos a altas y bajas<br />
temperaturas.<br />
Riesgos Eléctricos:<br />
En una instalación frigorífica existen muchos elementos alimentados<br />
583
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
con energía eléctrica a diferentes tensiones y, sobre todo el compresor,<br />
con gran capacidad de absorción de energía.<br />
Los elementos de protección frente a contactos indirectos deben ser<br />
testeados periódicamente para evitar que partes de la instalación que no<br />
deban estar en tensión, lo estén por la presencia de alguna avería eléctrica<br />
en el sistema y produzcan una descarga peligrosa a quien manipule dicho<br />
elemento.<br />
Cuando se revisa el interior de los elementos de la instalación con<br />
alimentación eléctrica, se debe desconectar su interruptor de alimentación<br />
y comprobar, con el empleo de voltímetros, que la tensión se ha eliminado<br />
efectivamente.<br />
Riesgos originados por la existencia de refrigerantes tóxicos o inflamables:<br />
Según la clasificación del refrigerante, el local donde se ubica la instalación<br />
frigorífica puede tener la clasificación de local de atmósfera especial o<br />
atmósfera explosiva. En estos casos, la instalación eléctrica asociada al<br />
sistema frigorífico debe reunir las características de antideflagrante.<br />
En su interior habrá que tener la precaución de no producir ni introducir<br />
materiales o elementos que puedan producir chispas.<br />
En las cercanías de los accesos deben estar disponibles máscaras antigás<br />
que permitan su utilización en caso de fugas.<br />
Riesgos originados en la ejecución de soldaduras:<br />
Durante los procesos de soldadura deben protegerse la vista (ante la<br />
emisión de radiaciones lumínicas de gran intensidad), las vías respiratorias<br />
(por la generación de gases contaminantes) y todas las partes del cuerpo<br />
que puedan entrar en contacto con las piezas calientes.<br />
En función del tipo de soldadura que se vaya a realizar, la protección<br />
visual tendrá unas u otras características.<br />
En cuanto a la producción de gases contaminantes, la soldadura deberá<br />
realizarse en lugares bien ventilados o dotar la zona de una extracción<br />
localizada que asegure que los vapores producidos no queden libres en<br />
la atmósfera interior.<br />
En algunos tipos de soldadura se utilizan gases altamente inflamables,<br />
almacenados a presión en el interior de botellas portátiles. La salida de<br />
los conductos de alimentación al soplete debe estar convenientemente<br />
protegida con dispositivos antirretorno de llama, que impidan la<br />
deflagración instantánea de su contenido ante un mal funcionamiento<br />
del soplete. Estos dispositivos se deben revisar periódicamente.<br />
Si la soldadura es eléctrica deberá testearse el sistema de protección<br />
frente a contactos y frente a sobretensiones del equipo, y eliminar la<br />
584
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
posibilidad de que se transmitan tensiones a personas o componentes<br />
de la instalación cuando se conecten los electrodos.<br />
Las zonas de soldadura deben rodearse adecuadamente con pantallas<br />
ignífugas que sirvan de barrera a las chispas que puedan producirse.<br />
Riesgos originados por la presencia de depósitos y elementos a presión:<br />
Tanto en la instalación en sí como en la manipulación de refrigerantes,<br />
lubricantes, gases inertes, gases de soldadura,... se trabaja con recipientes<br />
a presión. Deben tomarse todas las medidas oportunas para que no se<br />
produzcan sobrepresiones en su interior que podrían desembocar en<br />
explosiones.<br />
En la instalación es preceptiva la colocación de presostatos de seguridad<br />
en todos los elementos del lado de alta, que actúen cortando la<br />
alimentación al compresor para que éste no continúe impulsando gas.<br />
En cuanto a los recipientes, deben ser almacenados en lugares frescos<br />
y no dejarlos expuestos al sol largos periodos de tiempo. Deben estar<br />
timbrados a presiones superiores a las de los elementos que contienen<br />
y debe evitarse la posibilidad de que reciban cualquier golpe.<br />
Riesgos originados por la presencia de elementos a altas y bajas<br />
temperaturas:<br />
En las instalaciones frigoríficas existen partes a muy altas y muy bajas<br />
temperaturas. Todos los elementos no intercambiadores de calor o que<br />
precisen una disipación de calor, deben estar convenientemente aislados<br />
térmicamente para evitar quemaduras producidas por el contacto<br />
frío/calor y para evitar la pérdida energética que supone las pérdidas de<br />
frío/calor a través de esas superficies.<br />
Los elementos intercambiadores, y aquéllos que precisen disipar calor,<br />
deben instalarse de modo que se dificulte el acceso accidental a sus partes<br />
frías o calientes.<br />
585
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
RESUMEN<br />
Los principales <strong>equipos</strong> y materiales descritos en la unidad didáctica son:<br />
• Compresores :<br />
- Definición: El compresor funciona como una bomba que hace<br />
circular el refrigerante en el circuito de refrigeración. El compresor<br />
aspira los vapores producidos por la evaporación del fluido<br />
frigorígeno en el evaporador a una presión débil, correspondiente<br />
a las condiciones de funcionamiento, y descarga en el condensador<br />
a una presión suficientemente alta para que el fluido condense<br />
a la temperatura de las fuentes naturales (aire, agua).<br />
- Tipos:<br />
Compresores alternativos ordinarios.<br />
Funcionamiento de un compresor alternativo ordinario.<br />
Compresores alternativos especiales.<br />
Compresores rotativos.<br />
Compresores de desplazamiento positivo.<br />
Compresores centrífugos.<br />
• Evaporadores :<br />
- Definición: El evaporador es el elemento productor de frío de la<br />
instalación frigorífica.<br />
- Tipos:<br />
- Tipos de evaporadores según el método de alimentación del<br />
refrigerante.<br />
- Tipo de evaporadores según el tipo de construcción.<br />
- Tipos de evaporadores según el procedimiento de circulación<br />
del aire.<br />
- Tipos de evaporadores según su aplicación.<br />
• Condensadores :<br />
- Definición: El condensador es el componente del equipo frigorífico<br />
encargado de licuar los vapores de refrigerante, a alta presión<br />
procedente del compresor, su fin esencial consiste en el traspaso<br />
del flujo calorífico del fluido frigorígeno, al medio ambiente.<br />
- Tipos:<br />
- Condensadores enfriados por agua.<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
- Condensadores evaporativos.<br />
- Condensadores enfriados por aire.<br />
• Los distintos dispositivos de seguridad y regulación<br />
- Dispositivos de regulación y control.<br />
- Dispositivos de seguridad.<br />
- Dispositivos eléctricos y electrónicos de seguridad y control.<br />
• Torres de Refrigeración<br />
- Funcionamiento: En las torres de refrigeración se consigue<br />
disminuir la temperatura del agua caliente mediante transferencia<br />
de calor y de materia al aire que circula por el interior de la torre.<br />
El agua es pulverizada a través de una corriente de aire y parte<br />
de esta agua, si la humedad relativa del aire circulante es reducida<br />
y la temperatura del agua bastante elevada, se evapora. Para<br />
evaporarse el líquido necesita cierta cantidad de calor que roba<br />
en parte del aire circulante y, mayoritariamente, de las gotas de<br />
agua que tiene a su alrededor. Las gotas no evaporadas van<br />
enfriándose a medida que cierta parte del agua continúa<br />
evaporando. Finalmente las gotas no evaporadas se recogen en<br />
el fondo de la torre desde donde comienzan de nuevo el ciclo de<br />
enfriamiento al ser impulsadas al condensador.<br />
- Tipos:<br />
- Torres de circulación natural<br />
Torres atmosféricas.<br />
Torres de tiro natural.<br />
- Torres de tiro mecánico<br />
Torres de tiro natural asistido.<br />
Torres de tiro mecánico.<br />
- Otras clasificaciones:<br />
Según el flujo relativo aire y agua: torres con flujo cruzado<br />
o en contracorriente.<br />
Según la forma en que el agua es distribuida: relleno laminar<br />
o de goteo.<br />
• Elementos auxiliares de los sistemas frigoríficos y sus funciones:<br />
- Silenciadores, amortiguar ruidos.<br />
- Receptor de líquido: almacena el refrigerante en estado líquido<br />
con el fin de asegurar la compensación de las variaciones de<br />
volumen de fluido del circuito.<br />
588
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
- Acumulador de succión: evita la entrada de refrigerante en estado<br />
líquido al compresor y/o aceite líquido.<br />
- Separadores de aspiración: separador de aceite que lleva<br />
incorporado un serpentín donde se intercambia calor entre el<br />
líquido caliente y la aspiración fría.<br />
- Separadores de aceite: su función es separar el aceite lubricante<br />
del compresor del refrigerante antes de que entre a otros<br />
componentes del sistema.<br />
- Sistemas de retorno de aceite a los compresores. En la parte alta<br />
del separador de aceite y conectada al tubo de aspiración se instala<br />
una válvula tarada que mantiene la diferencia de presión entre<br />
el depósito de aceite y el cárter del compresor y garantiza la vuelta<br />
del aceite al cárter.<br />
- Filtro deshidratador: el refrigerante y el aceite deben mantenerse<br />
libres de contaminantes y humedad a lo largo de todo el ciclo,<br />
durante el funcionamiento y para asegurar el funcionamiento<br />
óptimo se debe recoger y almacenar suciedad y humedad mediante<br />
filtros.<br />
- Pre-enfriador, Para enfriar el gas de descarga del compresor y<br />
volver a enviarlo a éste como medida de protección contra<br />
sobrecalentamientos del motor y para reducir el consumo de<br />
energía se emplean tubos de cobre en forma de U o parte de la<br />
tubería de refrigeración del condensador.<br />
- Indicadores de líquido humedad: el indicador de líquido y<br />
humedad es un dispositivo que revela la presencia de exceso de<br />
humedad y permite comprobar la circulación de refrigerante<br />
líquido a través del visor.<br />
- Intercambiadores de calor: permiten la transmisión de calor entre<br />
la tubería de líquido (fluido caliente) y la tubería de aspiración<br />
(fluido frío).<br />
- Purgadores: los circuitos de fluido frigorígeno y especialmente<br />
las instalaciones que trabajan a presiones inferiores a la atmosférica,<br />
contienen en servicio gases no condensables (aire, compuestos<br />
gaseosos liberados por aceites…), que originan un aumento en<br />
la presión de descarga.<br />
- Drenaje: las tuberías y bandejas de drenaje se instalan con el fin<br />
de conducir y evacuar los condensados y goteos del evaporador.<br />
- Cilindro de carga: para el llenado de refrigerante a los compresores<br />
herméticos y semiherméticos se emplean cilindros de carga; se<br />
trata de un dispositivo graduable para cada tipo de refrigerante<br />
589
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
que dispone de un manómetro, válvula de seguridad y válvula de<br />
carga.<br />
- Equipos de vaciado y de carga.<br />
- Suministro de energía y cableado de enlace.<br />
• Los materiales empleados en las instalaciones frigoríficas son:<br />
- Tuberías de cobre en rollos, rígidas y capilares.<br />
- Tuberías de acero, con y sin soldadura.<br />
- Uniones, manguitos, conexiones y elementos de fijación.<br />
- Soldadura para cobre/cobre.<br />
- Aislantes térmicos.<br />
- Aislantes acústicos.<br />
- Antivribatorios.<br />
• Lubricantes<br />
- Definición: Se denomina lubricante al fluido con la capacidad de<br />
disminuir el rozamiento entre dos materiales en contacto,<br />
facilitando el movimiento relativo de uno respecto al otro, evitando<br />
el excesivo aumento de temperatura entre ellos y reduciendo su<br />
desgaste. Los lubricantes, además, tienen la capacidad de actuar<br />
como cierre hidráulico o tapón a las fugas del fluido comprimido,<br />
dada su mayor densidad relativa y la imposibilidad que presenta<br />
aquél para desplazarlo de los espacios reservados para el<br />
desplazamiento de los elementos mecánicos.<br />
- Características: Un buen aceite para refrigeración debe reunir las<br />
cualidades que a continuación se listan:<br />
- Mantener su viscosidad a altas temperaturas.<br />
- Mantener buena fluidez a bajas temperaturas.<br />
- Ser miscible con los refrigerantes a las temperaturas de<br />
trabajo.<br />
- Tener buena (alta) capacidad dieléctrica.<br />
- No tener materia en suspensión.<br />
- No debe contener ácidos corrosivos o compuestos de azufre.<br />
- No formar depósitos de cera (flóculos) a las bajas temperaturas<br />
del sistema.<br />
- No dejar depósitos de carbón al entrar en contacto con<br />
superficies calientes dentro del sistema.<br />
- No contener humedad.<br />
590
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
- No formar espuma.<br />
- Ser química y térmicamente estable en presencia de<br />
refrigerantes, metales, aislamientos, empaques, oxígeno,<br />
humedad y otros contaminantes.<br />
• Refrigerantes:<br />
- Refrigerante es el fluido encargado de absorber el calor del local<br />
a refrigerar y cederlo al ambiente exterior.<br />
- El trasvase se puede hacer en forma de calor sensible (el<br />
refrigerante únicamente sufre cambios de temperatura,<br />
denominándose entonces fluido frigorífero) o en forma de calor<br />
latente (el refrigerante, en este caso fluido frigorígeno, sufre<br />
además cambios de estado, de líquido a vapor y de vapor a líquido,<br />
a través del ciclo de refrigeración).<br />
- Las distintas aplicaciones de la industria frigorífica precisan<br />
refrigerantes distintos. Las propiedades físicas, químicas,<br />
termodinámicas y de seguridad que los distinguen son:<br />
- Presión de vapor, presión de condensación y calor latente<br />
de vaporización.<br />
- Comportamiento frente a la humedad, comportamiento<br />
frente a los lubricantes y estabilidad.<br />
- Producción frigorífica específica o volumétrica, y potencia<br />
frigorífica.<br />
- Toxicidad, inflamabilidad, y facilidad de detección en caso<br />
de fugas.<br />
- Los refrigerantes se denominan según su fórmula o denominación<br />
química, o bien por su denominación simbólica numérica.<br />
- Estamos en una época de transición de los refrigerantes<br />
clorofluorocarbonados (los más ampliamente utilizados hasta que<br />
se verificó su efecto destructor de la capa de ozono) hacia otro<br />
tipo de refrigerantes. Es importante conocer los refrigerantes<br />
prohibidos, los que están en fase de eliminación y el modo<br />
eliminarlos, y los refrigerantes sustitutos.<br />
• Operaciones principales puntos a evaluar en las labores de<br />
mantenimiento:<br />
- Temperatura alcanzada y mantenida en el recinto refrigerado.<br />
- Temperatura de vaporización dentro del rango de diseño.<br />
- Temperatura de condensación dentro del rango de diseño.<br />
- Presión de descarga dentro del rango de diseño.<br />
591
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
- Subenfriamiento normal en el condensador.<br />
- Recalentamiento normal en el evaporador.<br />
- Diferencias de temperaturas normales en los intercambiadores.<br />
- Potencia absorbida por el compresor dentro de los rangos de<br />
diseño.<br />
- Ningún ruido sospechoso ni vibraciones anormales.<br />
- Color del aceite y nivel normales.<br />
- Ninguna traza de grasa en el exterior del circuito.<br />
- Los otros criterios de buen funcionamiento son los ajustes correctos<br />
de los órganos de seguridad:<br />
- Presostato de alta presión.<br />
- Presostato de baja presión.<br />
- Presostato de aceite (eventual).<br />
- Termostato de desescarche.<br />
- Relé térmico de protección de los motores.<br />
- Temporizador anti-ciclos cortos.<br />
592
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
GLOSARIO<br />
Abocardado: Agrandamiento (abocinado) que se hace en el extremo de<br />
un tubo flexible, por medio del cual, el tubo se une a una conexión o<br />
a otro tubo. Este agrandamiento se hace a un ángulo de aproximadamente<br />
45°. Las conexiones lo oprimen firmemente, para hacer la unión fuerte<br />
y a prueba de fugas.<br />
Aceite para refrigeración: Aceite especialmente preparado para usarse<br />
en el mecanismo de los sistemas de refrigeración.<br />
Acondicionador de aire: Dispositivo utilizado para controlar la temperatura,<br />
humedad, limpieza y movimiento del aire en el espacio acondicionado,<br />
ya sea para confort humano o proceso industrial.<br />
Actuador: La parte de una válvula reguladora que convierte el fluido<br />
mecánico, la energía térmica o la energía eléctrica, en movimiento<br />
mecánico para abrir o cerrar la válvula.<br />
Acumulador: Tanque de almacenamiento que recibe refrigerante líquido<br />
del evaporador, evitando que fluya hacia la línea de succión antes de<br />
evaporarse.<br />
Adiabática, compresión: Compresión de gas refrigerante, sin quitarle ni<br />
agregarle calor.<br />
Aire acondicionado: Control de la temperatura, humedad, limpieza y<br />
movimiento de aire en un espacio confinado, según se requiera, para<br />
confort humano o proceso industrial. Control de temperatura significa<br />
calentar cuando el aire está frío, y enfriar cuando la temperatura es muy<br />
caliente.<br />
Aire seco: Aire en el cual no hay vapor de agua (humedad).<br />
Aislamiento (eléctrico): Sustancia que casi no tiene electrones libres; lo<br />
anterior hace que sea pobre en la conducción de la corriente eléctrica.<br />
Aislamiento (térmico): Material que es pobre conductor de calor, por lo<br />
que se usa para retardar o disminuir el flujo de calor. Algunos materiales<br />
aislantes son corcho, fibra de vidrio, elásticos espumados (poliuretano<br />
y poliestireno), etc.<br />
Aleta: Superficie metálica unida a un tubo para proporcionar mayor<br />
superficie de contacto, a fin de mejorar el enfriamiento. Las aletas pueden<br />
ser circulares, enrolladas en forma de espiral individualmente en cada<br />
tubo, o rectangulares en forma de placa, para un grupo de tubos. Se<br />
usan extensivamente en condensadores enfriados por aire y evaporadores.<br />
Alternativo: Movimiento hacia adelante y hacia atrás en línea recta.<br />
Ambiente: Condiciones circundantes.<br />
593
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Amoniaco: Combinación química de nitrógeno e hidrógeno (NH3).<br />
También se usa como refrigerante y se identifica como R-717.<br />
Asiento: Parte del mecanismo de una válvula, contra la cual presiona la<br />
válvula para cerrar.<br />
Aspiración: Movimiento producido en un fluido por succión.<br />
Azeotrópica, mezcla: Mezcla de dos o más líquidos de diferente volatilidad,<br />
que al combinarse, se comportan como si fueran un solo componente.<br />
El punto de ebullición de la mezcla es menor que los de los componentes<br />
individuales. Su composición no cambia al evaporarse ni al condensarse.<br />
Un ejemplo de mezcla azeotrópica es el refrigerante 502, que está<br />
compuesto de 48.8 % de R-22 y 51.2 % de R-115.<br />
Azeótropo: Que tiene puntos de ebullición máximos y mínimos constantes.<br />
Baño: Solución líquida usada para limpiar, recubrir o mantener una<br />
temperatura especificada.<br />
Bar: Unidad de presión absoluta. Un bar equivale a 100 kPa (0.9869<br />
atmósferas).<br />
Barómetro: Instrumento para medir la presión atmosférica. Puede estar<br />
calibrado en mm o pulgadas de mercurio en una columna; o en Kg/cm2 o en lb/pulg2 .<br />
Bióxido de carbono: Compuesto de carbono y oxígeno (CO2 ), el cual<br />
algunas veces se usa como refrigerante, R-744. Cuando se solidifica,<br />
comprimiéndolo en bloques sólidos, se le conoce como "Hielo Seco".<br />
Su temperatura es de -78.3° C.<br />
Bomba: Cualquiera de las diferentes máquinas que impulsan un gas o<br />
un líquido o lo atraen de algo, por succión o por presión.<br />
Bomba centrífuga: Bomba que produce velocidad al fluido, convirtiéndola<br />
en carga de presión.<br />
Bomba de calor: Sistema del ciclo de compresión, utilizado para abastecer<br />
calor a un espacio de temperatura controlada. El mismo sistema, puede<br />
también extraer calor del mismo espacio.<br />
Bomba de condensado: Dispositivo para eliminar el condensado de agua,<br />
que se acumula debajo de un evaporador.<br />
Bomba de desplazamiento fijo: Bomba en la que el desplazamiento por<br />
ciclo, no puede ser variado.<br />
Bomba de tornillo: Bomba que tiene dos tornillos entrelazados, rotando<br />
dentro de una envolvente.<br />
Bomba de vacío: Dispositivo especial de alta eficiencia, utilizado para<br />
crear alto vacío para fines de deshidratación o de pruebas.<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Bomba alternativa (un pistón): Bomba de un solo pistón alternativo (que<br />
se mueve hacia delante y atrás, o hacia arriba y abajo).<br />
Bulbo húmedo, termómetro: Instrumento utilizado en la medición de<br />
la humedad relativa. La evaporación de la humedad disminuye la<br />
temperatura de bulbo húmedo, comparada con la temperatura de bulbo<br />
seco de la misma muestra de aire.<br />
Bulbo seco, termómetro: Instrumento con un elemento sensible para<br />
medir la temperatura ambiente del aire.<br />
Bulbo sensor: Parte de un dispositivo con un fluido sellado, que reacciona<br />
a los cambios de temperatura. Se usa para medir temperaturas o para<br />
controlar mecanismos.<br />
Bulbo sensor de temperatura: Bulbo que contiene un fluido volátil y<br />
fuelle o diafragma. El aumento de temperatura en el bulbo, causa que<br />
el fuelle o diafragma se expanda.<br />
Butano: Hidrocarburo líquido (C4H10), comúnmente usado como<br />
combustible o para fines de calentamiento.<br />
Cabezal: Longitud de tubería o recipiente, al cual se le unen dos o más<br />
tuberías, que transportan un fluido de una fuente común, a diferentes<br />
puntos de uso.<br />
Caída de presión: Diferencia de presión en dos extremos de un circuito<br />
o parte de un circuito. Cualquier pérdida de presión en la línea debido<br />
a la fricción del fluido, o a una restricción en la línea.<br />
Caja de conexiones: Caja o contenedor que cubre un grupo de terminales<br />
eléctricas.<br />
Calor: Forma de energía que actúa sobre las sustancias para elevar su<br />
temperatura; energía asociada con el movimiento al azar de las moléculas.<br />
Calor de compresión: Efecto de calefacción que se lleva a cabo cuando<br />
se comprime un gas. Energía mecánica de la presión, convertida a energía<br />
calorífica.<br />
Calor de fusión: Calor requerido por una sustancia, para cambiar del<br />
estado sólido al estado líquido, a una temperatura constante. Por ejemplo:<br />
hielo a agua a 0 ºC. El calor de fusión del hielo es 335 kJ/kg.<br />
Calor específico: Relación de la cantidad de calor requerido, para<br />
aumentar o disminuir la temperatura de una sustancia en 1 ºC, comparado<br />
con la que se requiere para aumentar o disminuir la temperatura de una<br />
masa igual de agua en 1 ºC. Se expresa como una fracción decimal.<br />
Calor latente: Cantidad de energía calorífica requerida para efectuar un<br />
cambio de estado (fusión, evaporación, solidificación) de una sustancia,<br />
sin cambio en la temperatura o presión.<br />
595
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Calor latente de condensación: Cantidad de calor liberada por un kg de<br />
una sustancia para cambiar su estado de vapor a líquido.<br />
Calor latente de evaporación: Cantidad de calor requerido por un kg de<br />
sustancia, para cambiar su estado de líquido a vapor.<br />
Calor sensible: Calor que causa un cambio de temperatura en una<br />
sustancia, sin que cambie de estado.<br />
Calor total: Suma del calor sensible y del calor latente.<br />
Caloría: Unidad para medir el calor en el sistema métrico. Equivale a la<br />
cantidad de calor que se requiere, para elevar la temperatura de un<br />
gramo de agua en un grado centígrado. 1000 calorías = 1 kcal.<br />
Cámara de refrigeración: Espacio refrigerado comercial, que se mantiene<br />
a temperaturas abajo de la ambiental.<br />
Cambio de estado: Condición en la cual, una sustancia cambia de sólido<br />
a líquido o de líquido a gas, debido a la aplicación de calor. O a la inversa,<br />
cuando una sustancia cambia de gas a líquido o de líquido a sólido,<br />
debido a la eliminación de calor.<br />
Capacidad: Sistema de clasificación en refrigeración. Medido generalmente<br />
en kcal/h o en watios.<br />
Carbón activado: Carbón especialmente procesado, utilizado en filtros<br />
deshidratadores. También se utiliza para limpiar aire.<br />
Carga: Ver Carga de Refrigerante.<br />
Carga de refrigerante: Cantidad de refrigerante colocada en un sistema<br />
de refrigeración.<br />
Centígrada, escala: Escala de temperatura usada en el sistema métrico.<br />
El punto de congelación del agua es de 0 ºC, el punto de ebullición es<br />
de 100 ºC.<br />
Cera: Ingrediente en muchos aceites lubricantes, el cual se puede separar<br />
del aceite si se enfría lo suficiente.<br />
Cero absoluto (temperatura): Temperatura a la cual cesa todo movimiento<br />
molecular. (-273 ºC y -460 ºF).<br />
Ciclo: Serie de eventos u operaciones, que tienen una tendencia a<br />
repetirse en el mismo orden.<br />
Ciclo de paro: Segmento del ciclo de refrigeración cuando el sistema no<br />
está operando.<br />
Ciclo intermitente: Ciclo que se repite a intervalos variables de tiempo<br />
Cilindro: Dispositivo que convierte fuerza de un fluido, en fuerza y<br />
movimiento mecánico lineal. Consta, usualmente, de elementos móviles<br />
tales como un pistón, biela y émbolo, operando dentro de un cilindro.<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Cilindro para refrigerante: Cilindro en el que se almacena y distribuye<br />
el refrigerante. El código de colores pintado en el cilindro indica la clase<br />
de refrigerante (ver código de colores, capítulo Refrigerantes).<br />
Cilidro portátil: Recipiente utilizado para almacenar refrigerante. Hay<br />
dos tipos comunes: recargablesy desechables.<br />
Circuito: Instalación de tubería o de cable eléctrico que permite el flujo<br />
desde y hacia la fuente de energía.<br />
Cobrizado: Condición anormal que se desarrolla en algunas unidades,<br />
en las que el cobre es depositado electrolíticamente sobre algunas<br />
superficies del compresor.<br />
Coeficiente de expansión: Incremento en longitud, área o volumen de<br />
la unidad, por un grado de aumento en la temperatura.<br />
Coeficiente de rendimiento: Relación del trabajo realizado o completado,<br />
en comparación con la energía utilizada.<br />
Cojinete: Dispositivo de baja fricción para soportar y alinear una parte<br />
móvil.<br />
Compresión: Término utilizado para denotar el proceso de incrementar<br />
la presión, sobre un volumen dado de gas, usando energía mecánica. Al<br />
hacer esto, se reduce el volumen y se incrementa la presión del gas.<br />
Compresor: Máquina en sistemas de refrigeración, hecha para succionar<br />
vapor del lado de baja presión en el ciclo de refrigeración, y comprimirlo<br />
y descargarlo hacia el lado de alta presión del ciclo.<br />
Compresor abierto: Compresor en el que el cigüeñal se extiende a través<br />
del cárter, hacia afuera del compresor, movido por un motor externo.<br />
Comúnmente se le llama compresor de movimiento externo.<br />
Compresor centrífugo: Máquina para comprimir grandes volúmenes de<br />
vapor, a una velocidad relativamente alta, usando relaciones de compresión<br />
pequeñas. La compresión está basada en una fuerza centrífuga de ruedas<br />
giratorias, con hojas tipo turbina.<br />
Compresor compuesto: Compresor de cilindros múltiples, en el que uno<br />
o más cilindros succionan el vapor del evaporador, y lo descargan,<br />
generalmente, a través de un interenfriador y hacia los demás cilindros,<br />
donde se comprime hasta la presión de condensación.<br />
Compresor de aletas rotatorias: Mecanismo para bombear fluidos por<br />
medio de aletas giratorias, dentro de un cárter cilíndrico.<br />
Compresor alternativo: Compresor que funciona con un mecanismo de<br />
pistones y cilindros, para proporcionar una acción bombeante. Los<br />
pistones se mueven hacia adelante y hacia atrás dentro del cilindro, para<br />
comprimir el refrigerante.<br />
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U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Compresor de etapas múltiples: Compresor que tiene dos o más etapas<br />
de compresión. La descarga de cada etapa es la presión de succión en<br />
la siguiente de la serie.<br />
Compresor de una etapa: Compresor de una sola etapa de compresión,<br />
entre las presiones del lado de baja y del lado de alta.<br />
Compresor hermético: Unidad motocompresora en la que el motor<br />
eléctrico y el compresor, están montados en una flecha común, dentro<br />
de un casco de acero soldado. El motor eléctrico opera en la atmósfera<br />
de refrigerante.<br />
Compresor rotativo: Compresor con un cilindro y un rotor excéntrico<br />
interior, el cual gira dentro del cilindro. Las aletas deslizables, dentro<br />
del rotor, son las que comprimen el vapor durante la rotación.<br />
Compresor semihermético: Unidad motocompresora que opera igual<br />
que un compresor hermético, con la excepción de que no está totalmente<br />
sellado, sino que se pueden quitar las tapas de los extremos para darle<br />
servicio.<br />
Conexión para manómetro: Abertura o puerto, dispuesto para que el<br />
técnico de servicio instale un manómetro.<br />
Condensación: Proceso de cambiar de estado un vapor o un gas a líquido,<br />
al enfriarse por debajo de su temperatura de saturación o punto de rocío.<br />
Condensado: Líquido que se forma cuando se condensa un vapor.<br />
Condensador: Componente del mecanismo de refrigeración, el cual<br />
recibe del compresor vapor caliente a alta presión, enfriándolo y<br />
regresándolo luego a su estado líquido. El enfriamiento puede ser con<br />
aire o con agua.<br />
Condensador atmosférico: Antiguo tipo de condensador, en el cual el<br />
vapor de refrigerante de la descarga fluye dentro de una serie de tubos.<br />
El agua fluye por gravedad, sobre el exterior de los tubos, para absorber<br />
el calor del refrigerante y condensarlo. Los tubos están expuestos a la<br />
atmósfera.<br />
Condensador de casco y tubos: Recipiente cilíndrico de acero con tubos<br />
de cobre en el interior. El agua circula por los tubos, condensando los<br />
vapores dentro del casco. El fondo del casco sirve como recibidor de<br />
líquido.<br />
Condensador de casco y serpentín: Este condensador es muy parecido<br />
al de casco y tubos, pero en lugar de tubos rectos, tiene un serpentín por<br />
el que circula el agua.<br />
Condensador enfriado por agua: Intercambiador de calor, diseñado para<br />
transferir calor desde el refrigerante gaseoso al agua. Existen tres tipos:<br />
de casco y tubos, de casco y serpentín y de tubos concéntricos.<br />
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U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Condensador enfriado por aire: Intercambiador de calor, el cual transfiere<br />
calor al aire circundante. En estos condensadores, el vapor caliente de<br />
la descarga del compresor entra en los tubos, y el aire atmosférico circula<br />
por fuera de los tubos, los cuales, generalmente, son del tipo aleteado.<br />
Condensador evaporativo: Condensador que combina un condensador<br />
atmosférico, con una torre de enfriamiento de tiro forzado. El haz de<br />
tubos se encuentra dentro de la torre. El agua es rociada sobre los tubos,<br />
y el aire forzado enfría el agua y los tubos. Parte del agua se evapora y<br />
enfría el resto del agua, reduciendo el consumo de ésta.<br />
Condensar: Acción de cambiar un gas o vapor a líquido.<br />
Conducción: Flujo de calor entre sustancias, por medio de vibración de<br />
las moléculas.<br />
Conductividad: Habilidad de una sustancia para conducir o transmitir<br />
calor y/o electricidad.<br />
Conductividad, coeficiente de: Medición de la proporción relativa, a la<br />
cual diferentes materiales conducen el calor. El cobre es un buen<br />
conductor del calor, por lo tanto, tiene un coeficiente de conductividad<br />
alto.<br />
Conductor: Sustancia o cuerpo capaz de transmitir electricidad o calor.<br />
Congelación: Cambio de estado de líquido a sólido.<br />
Congelador sin escarcha: Gabinete refrigerado que opera con un deshielo<br />
automático durante cada ciclo.<br />
Contaminante: Sustancia, humedad o cualquier materia extraña al<br />
refrigerante o al aceite en un sistema.<br />
Control: Dispositivo manual o automático, utilizado para detener, arrancar<br />
y/o regular el flujo de gas, líquido y/o electricidad.<br />
Control automático: Acción de una válvula, lograda a través de medios<br />
automáticos que no requieren de ajuste manual.<br />
Control de baja presión: Dispositivo utilizado para evitar que la presión<br />
de evaporación del lado de baja caiga por debajo de cierta presión.<br />
Control de desescarche: Dispositivo para operar un sistema de<br />
refrigeración, de tal manera, que proporcione una forma de derretir el<br />
hielo y la escarcha formados en el evaporador. Hay tres tipos: manual,<br />
automático y semiautomático.<br />
Control de escarcha: Ver control de desescarche.<br />
Control de presión de aceite: Dispositivo de protección que verifica la<br />
presión del aceite en el compresor. Se conecta en serie con el compresor,<br />
y lo apaga durante los períodos de baja presión de aceite.<br />
599
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U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Control de refrigerante: Dispositivo que mide el flujo de refrigerante,<br />
entre dos áreas del sistema de refrigeración. También mantiene una<br />
diferencia de presión entre los lados de alta y baja presión del sistema,<br />
mientras la unidad está trabajando.<br />
Control de seguridad: Dispositivo para detener la unidad de refrigeración,<br />
si se llega a una condición insegura y/o peligrosa, de presiones o<br />
temperaturas.<br />
Control de temperatura: Dispositivo termostático operado por temperatura,<br />
que abre o cierra un circuito automáticamente.<br />
Convección: Transferencia de calor por medio del movimiento o flujo<br />
de un fluido.<br />
Convección forzada: Transferencia de calor que resulta del movimiento<br />
forzado de un líquido o un gas, por medio de una bomba o un ventilador.<br />
Convección natural: Circulación de un gas o un líquido, debido a la<br />
diferencia en densidad resultante de la diferencia de temperaturas.<br />
Corrosión: Deterioro de materiales por acción química.<br />
Cortocircuito: Condición eléctrica, donde una parte del circuito toca<br />
otra parte del mismo, provocando que la corriente o parte de la misma,<br />
tome un trayecto equivocado.<br />
Cuarto de máquinas: Área donde se instala la maquinaria de refrigeración<br />
industrial y comercial, excepto los evaporadores<br />
Decibel (dB): Unidad utilizada para medir la intensidad de los sonidos.<br />
Un decibel, es igual a la diferencia aproximada de la intensidad detectable<br />
por el oído humano, cuyo rango es aprox. 130 dB, en una escala que<br />
empieza con uno para los sonidos débilmente audibles.<br />
Deflector: Placa utilizada para dirigir o controlar el movimiento de un<br />
fluido, dentro de un área confinada.<br />
Densidad: Estrechez de la textura o consistencia de partículas, dentro<br />
de una sustancia. Se expresa como peso por unidad de volumen.<br />
Depósito de líquido: Cilindro o contenedor conectado a la salida del<br />
condensador, para almacenar refrigerante líquido en un sistema.<br />
Desecante: Sustancia utilizada para colectar y retener humedad, en un<br />
sistema de refrigeración. Los desecantes comunes son la sílica gel, la<br />
alúmina activada y el tamiz molecular.<br />
Desengrasante: Solvente o solución que se usa para remover aceite o<br />
grasa, de las partes de un refrigerador.<br />
Desescarche: Proceso de eliminar la acumulación de hielo o escarcha de<br />
los evaporadores.<br />
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U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Desescarche automático: Sistema para eliminar hielo o escarcha de los<br />
evaporadores, de manera automática.<br />
Desescarche con aire: Proceso de eliminar el hielo o la escarcha acumulada<br />
en el serpentín del evaporador, utilizando los abanicos del mismo<br />
evaporador, deteniendo previamente el paso de refrigerante líquido. El<br />
aire circulado, debe tener una temperatura por encima de la de<br />
congelación.<br />
Desescarche con agua: Uso de agua para derretir el hielo y la escarcha<br />
de los evaporadores durante el ciclo de paro.<br />
Desescarche eléctrico: Uso de resistencia eléctrica, para fundir el hielo<br />
y la escarcha de los evaporadores, durante el ciclo de deshielo.<br />
Desescarche por ciclo reversible: Método de calentar el evaporador para<br />
deshielo. Por medio de válvulas, se mueve el gas caliente del compresor<br />
hacia el evaporador.<br />
Desescarche por gas caliente: Sistema de deshielo, en el cual el gas<br />
refrigerante caliente del lado de alta es dirigido a través del evaporador<br />
por cortos períodos de tiempo, y a intervalos predeterminados, para<br />
poder eliminar la escarcha del evaporador.<br />
Desescarche, ciclo de: Ciclo de refrigeración en el cual, la acumulación<br />
de hielo y escarcha es derretida en el evaporador.<br />
Deshidratador: Sustancia o dispositivo que se utiliza para remover la<br />
humedad, en un sistema de refrigeración.<br />
Deshumidificador: Dispositivo usado para eliminar la humedad del aire.<br />
Desplazamiento de compresor: Volumen en m3 , representado por el área<br />
de la cabeza del pistón o pistones, multiplicada por la longitud de la<br />
carrera. Éste es el desplazamiento real, no el teórico.<br />
Desplazamiento del pistón: Volumen desplazado por el pistón, al viajar<br />
la longitud de su carrera.<br />
Desvío (By pass): Pasadizo en un lado o alrededor de un pasaje regular.<br />
Desvío (By Pass) de gas caliente: Arreglo de tubería en la unidad de<br />
refrigeración, la cual conduce gas refrigerante caliente del condensador<br />
al lado de baja presión.<br />
Detector de fugas: Dispositivo o instrumento que se utiliza para detectar<br />
fugas, tal como lámpara de haluro, sensor electrónico o jabón.<br />
Detector de fugas de espuma: Sistema de líquido espumante especial,<br />
que se aplica con una brocha sobre uniones y conexiones, para localizar<br />
fugas de manera similar a la espuma de jabón.<br />
Detector de fugas electrónico: Instrumento electrónico que mide el flujo<br />
601
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
electrónico a través de una rejilla de gas. Los cambios en el flujo electrónico<br />
indican la presencia de moléculas de gas refrigerante.<br />
Diagrama de Molliere: Gráfica de las propiedades de un refrigerante,<br />
tales como: presión, temperatura, calor, etc.<br />
Diclorodifluorometano: Refrigerante comúnmente conocido como R-<br />
12.<br />
Difusor de aire: Rejilla o salida de distribución de aire, diseñada para<br />
dirigir el flujo de aire hacia los objetivos deseados.<br />
Efecto refrigerante: Cantidad de calor absorbida en el evaporador del<br />
espacio a refrigerar.<br />
Eficiencia: Capacidad de un dispositivo, sistema o actividad, dividida<br />
entre la potencia absorbida necesaria para crear esa capacidad. En un<br />
compresor, la eficiencia sería la capacidad de trabajo, medida por un<br />
cambio de presión, dividida entre la energía eléctrica consumida.<br />
Eficiencia volumétrica: Término utilizado para expresar la relación, entre<br />
el funcionamiento real de un compresor o de una bomba de vacío, y el<br />
funcionamiento calculado en base a ese desplazamiento.<br />
Energía: Habilidad real o potencial de efectuar trabajo.<br />
Energía, conservación de la: Proceso de instituir cambios que resultarán<br />
en ahorros de energía, sobre la revisión de los cálculos para determinar<br />
las cargas principales.<br />
Enfriador: Intercambiador de calor que remueve calor de las sustancias.<br />
Enfriador de agua: Sistema de aire acondicionado, el cual circula agua<br />
fría a varios serpentines de enfriamiento, en una instalación.<br />
Enfriador de aire: Mecanismo diseñado para bajar la temperatura del<br />
aire que pasa a través de él.<br />
Entalpía: La cantidad de calor en un kilogramo de sustancia, calculada<br />
de una base de temperatura aceptada. La temperatura de 0 ºC, es una<br />
base aceptada para los cálculos del vapor de agua. Para cálculos de<br />
refrigeración, la base aceptada es de -40 ºC.<br />
Entropía: Factor matemático usado en cálculos de ingeniería. La energía<br />
en un sistema.<br />
Escala centígrada: Escala de temperaturas usada en el sistema métrico.<br />
El punto de congelación de agua a la presión atmosférica normal, es de<br />
0 ºC, y el punto de ebullición, es de 100 ºC.<br />
Escala Fahrenheit: En un termómetro Fahrenheit, bajo la presión<br />
atmosférica normal, el punto de ebullición del agua es de 212 ºF, y el<br />
punto de congelación es de 32 ºF por encima de cero.<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Escala Kelvin (K): Escala de temperatura, en la cual, la unidad de medición<br />
es igual al grado centígrado, y de acuerdo a la cual, el cero absoluto es<br />
0 ºK, equivalentes a -273.16 ºC. En esta escala el agua se congela a 273.16<br />
ºK y ebulle a 373.16 ºK.<br />
Escala Rankine (R): Nombre dado a la escala de temperaturas absolutas,<br />
cuyas unidades son similares a los grados Fahrenheit. El cero (0 ºR) en<br />
esta escala equivale a -460 ºF.<br />
Espacio muerto: Pequeño espacio en un cilindro, del cual no ha sido<br />
expulsado completamente el gas comprimido. Para una operación<br />
efectiva, los compresores se diseñan para tener un espacio muerto tan<br />
pequeño como sea posible.<br />
Estratificación del aire: Condición en la que hay poco o ningún<br />
movimiento de aire en un cuarto. El aire permanece en capas de<br />
temperaturas.<br />
Etano (R-170): Fluido refrigerante de muy poco uso. En la actualidad,<br />
se agrega a otros refrigerantes para mejorar la circulación de aceite.<br />
Eutéctico: Cierta mezcla de dos sustancias, que proporciona la temperatura<br />
de fusión más baja de todas las mezclas, de esas dos sustancias.<br />
Eutéctico, punto: Temperatura de congelación para soluciones eutécticas.<br />
Evaporación: Término aplicado al cambio de estado de líquido a vapor.<br />
En este proceso se absorbe calor.<br />
Evaporador: Componente del mecanismo de un sistema de refrigeración,<br />
en el cual el refrigerante se evapora y absorbe calor.<br />
Evaporador de casco y tubos: Evaporador del tipo inundado, utilizado<br />
principalmente para enfriar líquidos. Generalmente, el líquido circula<br />
por los tubos que están dentro del casco cilíndrico, o viceversa.<br />
Evaporador de expansión directa: Evaporador que utiliza como dispositivo<br />
de control de líquido, una válvula de expansión automática, o una de<br />
termo expansión.<br />
Evaporador inundado: Evaporador que todo el tiempo contiene<br />
refrigerante líquido.<br />
Evaporador seco: Evaporador en el que el refrigerante está en forma de<br />
gotas.<br />
Excéntrico: Círculo o disco montado fuera de centro en una flecha.<br />
Filtro: Dispositivo para remover partículas extrañas de un fluido.<br />
Filtro de carbón: Filtro de aire, que utiliza carbón activado como agente<br />
limpiador.<br />
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Filtro electrostático: Para limpiar aire, tipo de filtro que da a las partículas<br />
una carga eléctrica. Esto causa que las partículas sean atraídas a una<br />
placa para que sean removidas del aire.<br />
Filtro-deshidratador: Dispositivo empleado para la limpieza del refrigerante<br />
y del aceite, en los sistemas de refrigeración. Remueve toda clase de<br />
contaminantes, tales como: suciedad, rebabas, ceras, humedad, ácidos,<br />
óxidos, etc.<br />
Flotador del lado de alta: Mecanismo para control de refrigerante, que<br />
controla el nivel de refrigerante líquido, en el lado de alta presión del<br />
sistema.<br />
Flotador del lado de baja: Válvula de control de refrigerante, operada<br />
por el nivel del refrigerante líquido, en el lado de baja presión del sistema.<br />
Fluido: Sustancia que puede estar en estado líquido o gaseoso. Sustancia<br />
que contiene partículas que se mueven y cambian de posición sin<br />
separación de la masa.<br />
Freón: Nombre comercial para una familia de refrigerantes químicos<br />
sintéticos, fabricados por E.I. DuPont de Nemours & Company Inc.<br />
Frío: La ausencia de calor. Temperatura considerablemente por debajo<br />
de la normal.<br />
Fuelle: Contenedor cilíndrico corrugado, el cual se mueve al cambiar la<br />
presión, o proporciona un sello durante el movimiento de partes.<br />
Fuerza: La fuerza es una presión acumulada, se expresa en Newtons (N)<br />
en el Sistema Internacional, o en libras (Lb), en el Sistema Inglés.<br />
Gas: Fase o estado de vapor de una sustancia. Un gas es un vapor<br />
sobrecalentado, muy lejos de su temperatura de saturación.<br />
Gas inerte: Gas que no cambia de estado, ni químicamente, cuando está<br />
dentro de un sistema, aunque se exponga a otros gases.<br />
Gas licuado: Gas por debajo de cierta temperatura y por encima de cierta<br />
presión, que se vuelve líquido.<br />
Gas no condensable: Gas que no se convierte en líquido a las temperaturas<br />
y presiones de operación.<br />
Golpe de líquido: Condición que se presenta cuando en un sistema de<br />
expansión directa, el exceso de refrigerante líquido sale del evaporador<br />
y entra al compresor, dañándolo.<br />
Halógenos: Grupo de elementos a los que pertenecen el yodo, el bromo,<br />
el cloro y el flúor.<br />
Hidráulica: Rama de la física, que tiene que ver con las propiedades<br />
mecánicas del agua y otros líquidos en movimiento; el flujo del refrigerante<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
líquido también contiene un elemento sensible a la humedad, cuyo color<br />
indica el contenido de humedad.<br />
Indicador de líquido y humedad: dispositivo que revela la presencia de<br />
exceso de humedad y permite comprobar la circulación de refrigerante<br />
líquido a través del visor.<br />
Infiltración: Paso del aire exterior hacia el edificio, a través de ventanas,<br />
puertas, grietas, etc.<br />
Inhibidor: Sustancia que evita una reacción química como la oxidación<br />
o la corrosión.<br />
Instrumento: Dispositivo que tiene habilidades para registrar, indicar,<br />
medir y/o controlar.<br />
Intercambio de calor: Dispositivo utilizado para transferir calor de una<br />
superficie caliente a una superficie menos caliente (los evaporadores y<br />
condensadores son intercambiadores de calor).<br />
Interruptor de presión: Interruptor operado por una disminución o por<br />
un aumento de presión.<br />
Interruptor de presión alta: Interruptor de control eléctrico, operado<br />
por la presión del lado de alta, que automáticamente abre un circuito<br />
eléctrico, si se alcanza una presión demasiado alta. Se conecta en serie<br />
con el motor para detenerlo por alta presión.<br />
Interruptor de presión baja: Dispositivo para proteger el motor, que<br />
detecta la presión del lado de baja. El interruptor se conecta en serie<br />
con el motor y lo detendrá cuando haya una presión excesivamente baja.<br />
Interruptor de presión de aceite: Dispositivo para proteger al compresor<br />
y el motor, en caso de una falla en la presión del aceite. Se conecta en<br />
serie con el motor y lo detendrá, durante los períodos de baja presión<br />
de aceite.<br />
Hidrocarburos: Compuestos orgánicos que contienen solamente<br />
hidrógeno y carbono, en varias combinaciones.<br />
Higrómetro: Instrumento utilizado para medir el grado de humedad en<br />
la atmósfera.<br />
Higroscópico: Habilidad de una sustancia para absorber y soltar humedad,<br />
y cambiar sus dimensiones físicas, conforme cambia su contenido de<br />
humedad.<br />
Humedad: Vapor de agua presente en el aire atmosférico.<br />
Humedad absoluta: Cantidad de humedad (vapor de agua) en el aire,<br />
indicada en g/m3 de aire seco.<br />
Humedad relativa (hr): La cantidad de humedad en una muestra de aire,<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
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en comparación con la cantidad de humedad que el aire tendría, estando<br />
totalmente saturado y a la misma temperatura.<br />
Indicador de líquido electrónico: Dispositivo que envía una señal audible,<br />
cuando al sistema le hace falta refrigerante.<br />
Indicador de líquido y humedad: Accesorio que se instala en la línea de<br />
líquido, que proporciona una ventana de vidrio, a través de la cual se<br />
puede observar el nivel de líquido o la presencia de humedad en el<br />
circuito.<br />
Isoterma: Nombre con el que se conoce a la línea o líneas que en una<br />
gráfica; representa un cambio a temperatura constante.<br />
Isotérmica (expansión o contracción): Acción que se lleva a cabo sin un<br />
cambio de temperatura.<br />
Isotérmico: Cambio de volumen o presión bajo condiciones de<br />
temperatura constante.<br />
Joule (J): Unidad de energía del Sistema Internacional (SI). Un Joule<br />
equivale al trabajo realizado por la fuerza de un Newton, cuando el punto<br />
de aplicación se desplaza una distancia de un metro, en dirección de la<br />
fuerza.<br />
Junta de expansión: Dispositivo que se instala en la tubería, diseñado<br />
para permitir el movimiento de la tubería a causa de expansiones y<br />
contracciones, ocasionadas por los cambios de temperatura.<br />
Kelvin: (Ver Escala Kelvin).<br />
Kilocaloría: Unidad de energía y trabajo, equivalente a mil calorías. Ver<br />
caloría.<br />
Kilopascal (kPa): Unidad de presión absoluta equivalente a mil Pascales.<br />
Ver Pascal.<br />
Kilowatt (kW): Unidad de potencia equivalente a mil Watios. Ver Watio.<br />
Lado de alta: Partes de un sistema de refrigeración que se encuentran<br />
bajo la presión de condensación o alta presión.<br />
Lado de baja: Partes de un sistema de refrigeración que se encuentran<br />
por debajo de la presión de evaporación o baja presión.<br />
Lado de succión: Lado de baja presión del sistema, que se extiende desde<br />
el control de refrigerante, pasando por el evaporador, la línea de succión,<br />
hasta la válvula de servicio de entrada al compresor.<br />
Lámpara de haluro: Tipo de antorcha o soplete, para detectar fugas de<br />
refrigerantes halogenados, de manera segura en un sistema.<br />
Línea de descarga: En un sistema de refrigeración, es la tubería que<br />
acarrea el gas refrigerante desde el compresor hasta el condensador.<br />
606
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Línea de líquido: Tubería que acarrea refrigerante líquido desde el<br />
condensador o recibidor hasta el mecanismo de control de refrigerante.<br />
Línea de succión: Tubería que acarrea refrigerante gaseoso desde el<br />
evaporador hasta el compresor.<br />
Líquido: Sustancia cuyas moléculas se mueven libremente entre sí, pero<br />
que no tienden a separarse como las de un gas.<br />
Líquidos inflamables: Líquidos que tienen un punto de encendido abajo<br />
de 60º C (140º F), y una presión de vapor que no excede los 276 kPa (40<br />
psi) a 38º C (100º F).<br />
Manómetro: Instrumento para medir presiones de gases y vapores. Es<br />
un tubo de vidrio (o plástico) en forma de "U", con una cantidad de<br />
líquido (agua o mercurio) y los extremos abiertos.<br />
Manómetro compuesto: Instrumento para medir presiones por arriba y<br />
abajo de la presión atmosférica.<br />
Manómetro de alta presión: Instrumento para medir presiones hasta 30<br />
bar.<br />
Manómetro de baja presión: Instrumento para medir presiones hasta 12<br />
bar.<br />
Manómetro de Bourdon: Instrumento para medir presión de gases y<br />
vapores, basado en el tubo de Bourdon. Es circular y consta de carátula<br />
y aguja para indicar la presión.<br />
Manómetro de compresión: Instrumento usado para medir presiones<br />
positivas (por encima de la presión atmosférica) solamente. La carátula<br />
de estos manómetros, normalmente va de 0 a 300 psig (101.3 a 2,170<br />
kPa).<br />
Manovacuómetro: Ver Vacuómetro.<br />
Medidor de flujo: Instrumento utilizado para medir la velocidad o el<br />
volumen de un fluido en movimiento.<br />
Miscibilidad: La capacidad que tienen las sustancias para mezclarse.<br />
Monoclorodifluorometano: Refrigerante mejor conocido como R-22. Su<br />
fórmula química es CHClF2. El código de color del cilindro donde se<br />
envasa es verde.<br />
Monóxido de carbono (CO): Gas incoloro, inodoro y venenoso. Se<br />
produce cuando se quema carbón o combustibles carbonosos con muy<br />
poco aire.<br />
Motor: Máquina rotatoria que transforma energía eléctrica en movimiento<br />
mecánico.<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Motor hermético: Motor que mueve al compresor, sellado, dentro del<br />
mismo casco que contiene al compresor.<br />
Neopreno: Hule sintético, resistente al aceite y gas hidrocarburo.<br />
Newton: Unidad de fuerza del Sistema Internacional (SI), equivalente<br />
a la fuerza ejercida sobre un objeto que tiene una masa de un kilogramo,<br />
y una aceleración gravitacional de 1 m/seg2 .<br />
Orgánico: Perteneciente a/o derivado de organismos vivos.<br />
Orificio: Abertura de tamaño exacto para controlar el flujo de fluidos.<br />
Ozono: Una forma de oxígeno, O3 , que tiene tres átomos en su molécula;<br />
generalmente es producido por descargas eléctricas a través del aire. La<br />
capa de ozono, es la capa externa de la atmósfera de la tierra, que absorbe<br />
la luz ultravioleta del sol, y protege a las capas más bajas y a la tierra de<br />
los dañinos rayos. En esta capa de ozono se han producido agujeros<br />
causados por el cloro. Los clorofluorocarbonos (CFC's) contienen cloro,<br />
y cuando se liberan a la atmósfera, deterioran la capa de ozono.<br />
Pascal (Pa): Unidad de presión absoluta en el sistema internacional (SI);<br />
es igual a la fuerza de un Newton ejercida sobre una superficie de un<br />
m2 ; Pa = N/m2 . Para algunos fines científicos o prácticos, el Pascal puede<br />
resultar una unidad muy pequeña, por lo que entonces se utiliza el<br />
kiloPascal (kPa) o el BAR. 1 kPa = 1,000 Pa y 1 BAR = 100 kPa.<br />
Pascal, Ley de: Esta ley establece que la presión aplicada a un fluido, se<br />
transmite igualmente en todas direcciones. Para honrar a Pascal, el<br />
sistema internacional de unidades (SI) utiliza el término Pascal como<br />
unidad de presión.<br />
Peine para condensador: Dispositivo en forma de peine, de metal o<br />
plástico, usado para enderezar las aletas de metal en los condensadores.<br />
pH: Medición de la concentración de iones de hidrógeno libres en una<br />
solución acuosa. El rango del pH va de 1 (acidez) hasta 14 (alcalinidad).<br />
Un pH de 7 es neutro.<br />
Piezoeléctrico: Propiedad del cristal de cuarzo que le causa vibración,<br />
cuando se le aplica un voltaje de alta frecuencia (500 kHz o más alto).<br />
Placa de identificación: Placa comúnmente montada sobre el casco de<br />
los compresores y motores, que proporciona información relativa sobre<br />
el fabricante, número de parte y especificaciones.<br />
Plato de válvulas: Parte del compresor ubicada entre la parte alta del<br />
cuerpo del compresor y la cabeza. Contiene las válvulas y los puertos del<br />
compresor.<br />
Polea: Volante plano con ranuras en forma de "V". Cuando se instala en<br />
el motor y en el compresor, proporciona medios para darle movimiento.<br />
608
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U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
PPM (Partes Por Millón): Unidad para medir la concentración de un<br />
elemento en otro.<br />
Presión: Energía impactada sobre una unidad de área. Fuerza o empuje<br />
sobre una superficie.<br />
Presión absoluta: Es la suma de la presión manométrica más la presión<br />
atmosférica.<br />
Presión atmosférica: Presión que ejerce el aire atmosférico sobre la tierra.<br />
Se mide en kPa, mm de Hg, kg/cm2 , etc. Al nivel del mar, tiene un valor<br />
de 101.325 kPa.<br />
Presión crítica: Condición comprimida del refrigerante, en la cual el<br />
líquido y el gas tienen las mismas propiedades.<br />
Presión de alta: Término empleado para referirse a la presión a la que<br />
se lleva a cabo la condensación, en un sistema de refrigeración.<br />
Presión de baja: Presión del lado de baja del ciclo de refrigeración, a la<br />
que se lleva a cabo la evaporación.<br />
Presión de condensación: Presión dentro de un condensador, a la que<br />
el vapor de refrigerante cede su calor latente de evaporación y se vuelve<br />
líquido. Varía con la temperatura.<br />
Presión de descarga: En un sistema de refrigeración, se llama así a la<br />
presión contra la que descarga el compresor. Comúnmente, es la presión<br />
que existe en el lado del condensador, y se mide en la descarga del<br />
compresor.<br />
Presión de diseño: La más alta o más severa presión esperada durante<br />
la operación. Algunas veces, se usa como la presión de operación calculada,<br />
más una tolerancia por seguridad.<br />
Presión de operación: Presión real a la cual trabaja el sistema, bajo<br />
condiciones normales. Puede ser positiva o negativa (vacío).<br />
Presión de succión: En un sistema de refrigeración, se llama así a la<br />
presión a la entrada del compresor.<br />
Presión de vapor: Presión ejercida por un vapor o un gas.<br />
Presión de vaporización: Presión dentro de un evaporador, a la que el<br />
líquido de refrigerante absorbe su calor latente de evaporación y se vuelve<br />
vapor. Varía con la temperatura.<br />
Presión estática: Presión de un fluido, expresada en términos de la altura<br />
de columna de un fluido, tal como el agua o el mercurio.<br />
Presiones parciales: Condición donde dos o más gases ocupan un espacio,<br />
cada uno ejerciendo parte de la presión total.<br />
Presostato de presión alta: Ver interruptor de presión alta.<br />
609
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U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
Presostato de presión baja: Ver interruptor de presión baja.<br />
Presostato de presión de aceite: Ver interruptor de presión de aceite.<br />
Pre-enfriador: Dispositivo que se utiliza para enfriar el refrigerante, antes<br />
de que entre al condensador principal.<br />
Proceso: Cambio de estado termodinámico de un sistema.<br />
Propano: Hidrocarburo volátil, utilizado como combustible o refrigerante.<br />
Protector de sobrecarga: Dispositivo operado ya sea por temperatura,<br />
corriente o presión, que detiene la operación de la unidad, si surgen<br />
condiciones peligrosas.<br />
Protector (eléctrico): Dispositivo eléctrico que abrirá un circuito eléctrico,<br />
si ocurren condiciones eléctricas excesivas.<br />
Punto de congelación: Temperatura a la cual se solidifica un líquido al<br />
extraerle calor. La temperatura (o punto) de congelación del agua es de<br />
0 ºC (32 ºF), a la presión normal o atmosférica.<br />
Punto de congelación, depresión del: Temperatura a la cual se forma<br />
hielo, en una solución de agua con sal.<br />
Punto de ebullición: Temperatura a la que un líquido hierve, bajo la<br />
presión atmosférica de 101.3 kPa. El punto de ebullición del agua pura<br />
es de 100 ºC a nivel del mar.<br />
Punto de escurrimiento: La temperatura más baja a la cual un líquido<br />
escurrirá o fluirá.<br />
Punto de fusión: Temperatura a la cual se derrite o se funde una sustancia<br />
a la presión atmosférica.<br />
Punto de ignición: En los líquidos, es la temperatura a la cual arden, y<br />
continúan quemándose, por lo menos durante 5 segundos.<br />
Punto de inflamación: En los líquidos, es la temperatura más baja, en la<br />
cual el vapor que existe sobre la superficie se inflama cuando se expone<br />
a una flama, pero que se apaga inmediatamente.<br />
Purgar: Liberar gas comprimido hacia la atmósfera, a través de una o<br />
varias partes, con el propósito de eliminar contaminantes.<br />
Quemadura de motocompresor: Condición en la cual el aislamiento del<br />
motor eléctrico se deteriora, debido a un sobrecalentamiento.<br />
Radiación: Transmisión de calor por rayos térmicos u ondas<br />
electromagnéticas.<br />
Recalentamiento: 1- Temperatura del vapor arriba de su temperatura de<br />
ebullición (saturación) a la misma presión. 2- La diferencia entre la<br />
temperatura a la salida del evaporador, y la temperatura más baja del<br />
refrigerante, que se está evaporando en el evaporador<br />
610
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Recipiente de líquido: Cilindro o contenedor conectado a la salida del<br />
condensador, para almacenar refrigerante líquido en un sistema.<br />
Reciclado de refrigerante: Limpiar el refrigerante para volverlo a usar,<br />
reduciendo su humedad, acidez y materia en suspensión. Generalmente,<br />
se aplica a procedimientos en el sitio de trabajo, o en talleres de servicio<br />
locales.<br />
Recuperación de refrigerante: Recoger refrigerante y colocarlo en un<br />
cilindro, sin necesariamente efectuarle pruebas.<br />
Refrigeración: proceso de reducción y mantenimiento de la temperatura<br />
de un espacio o materia por debajo de la temperatura del entorno.<br />
Refrigerador libre de escarcha: Gabinete de refrigeración que opera con<br />
deshielo automático durante cada ciclo.<br />
Refrigerante: Sustancia utilizada en los mecanismos de refrigeración.<br />
Absorbe calor en el evaporador, cambiando de estado de líquido a vapor,<br />
liberando su calor en un condensador, al regresar de nuevo del estado<br />
gaseoso al estado líquido.<br />
Refrigerantes halogenados: Grupo de refrigerantes sintéticos, que en su<br />
estructura química contienen uno o varios átomos de elementos<br />
halogenados, tales como flúor, cloro o bromo.<br />
Relación de compresión: Relación de volumen del espacio muerto con<br />
el volumen total del cilindro. En refrigeración, también se utiliza como<br />
la relación de la presión absoluta del lado de alta, entre la presión absoluta<br />
del lado de baja.<br />
Resistencia: Oposición al flujo o movimiento. Coeficiente de fricción.<br />
Rocío: Humedad atmosférica condensada, depositada en forma de<br />
pequeñas gotas sobre las superficies frías.<br />
Rocío, punto de: Temperatura a la cual el vapor de agua del aire (a 100%<br />
de humedad relativa) comienza a condensarse y depositarse como líquido.<br />
Rosca hembra: Cuerda interior de las conexiones, válvulas, cuerpos de<br />
máquina y similares.<br />
Rosca macho: Cuerda exterior sobre la tubería, conexiones, válvulas, etc.<br />
Rotor: Parte giratoria o rotatoria de un mecanismo.<br />
R-11, Tricloromonofluorometano: Refrigerante químico, sintético, de<br />
baja presión, que también se utilizaba como fluido limpiador. Actualmente<br />
está descontinuado.<br />
R-12, Diclorodifluorometano: Refrigerante químico, sintético<br />
popularmente conocido como freón 12. Actualmente está regulada su<br />
producción.<br />
611
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R-160, Cloruro de etilo: Refrigerante tóxico raramente utilizado.<br />
R-170, Etano: Refrigerante para aplicación en baja temperatura.<br />
R-22, Monoclorodifluorometano: Refrigerante para baja temperatura.<br />
Su punto de ebullición es de -40.5° C a la presión atmosférica.<br />
R-290, Propano: Refrigerante para aplicación en bajas temperaturas.<br />
R-500: Refrigerante que es una mezcla azeotrópica de R-12 y R-152a.<br />
R-502: Refrigerante que es una mezcla azeotrópica de R-22 y R-115.<br />
R-600, Butano: Refrigerante para aplicación en bajas temperaturas.<br />
También se utiliza como combustible.<br />
R-717, Amoniaco: Refrigerante popular para sistemas de refrigeración<br />
industrial; también es un refrigerante común en sistemas de absorción.<br />
Salmuera: Agua saturada con un compuesto químico que puede ser una<br />
sal.<br />
Sangrar: Reducir lentamente la presión de un gas o de un líquido en un<br />
sistema o cilindro, abriendo lentamente una válvula. Este término se<br />
aplica también a la acción de drenar constantemente una pequeña<br />
cantidad de agua de un condensador evaporativo o de una torre de<br />
enfriamiento. El agua nueva que reemplaza al agua "sangrada" diluye las<br />
impurezas que forman el sarro.<br />
Saturación: Condición existente cuando una sustancia contiene la mayor<br />
cantidad que pueda retener de otra sustancia, a esa presión y temperatura.<br />
Sello de fuelle: Método de sellar el vástago de la válvula. Los extremos<br />
del material sellante se aseguran al bonete y al vástago. El sello se expande<br />
y se contrae con el nivel del vástago.<br />
Sello del cigüeñal: Unión a prueba de fugas entre el cigüeñal y el cuerpo<br />
del compresor.<br />
Sello del compresor: Sello a prueba de fugas entre el cigüeñal y el cuerpo<br />
del compresor, en un compresor de tipo abierto.<br />
Semiconductor: Clase de sólidos cuya habilidad para conducir electricidad<br />
está entre la de un conductor y la de un aislante.<br />
Sensor: Material o dispositivo que sufre cambio en sus características<br />
físicas o electrónicas al cambiar las condiciones circundantes.<br />
Separador de aceite: Dispositivo utilizado para eliminar aceite del gas<br />
refrigerante.<br />
Sistema de control: Todos los componentes que se requieren para el<br />
control automático de la variable de un proceso.<br />
Sistema de refrigerante secundario: Sistema de refrigeración en el que<br />
612
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el condensador es enfriado por el evaporador de otro sistema de<br />
refrigeración (primario).<br />
Sistema hermético: Sistema de refrigeración que tiene un compresor<br />
impulsado por un motor, y ambos están contenidos en la misma carcasa.<br />
Sistema inundado: Tipo de sistema de refrigeración en el cual el<br />
refrigerante líquido llena todo el evaporador.<br />
Sistema remoto: Sistema de refrigeración en el que la unidad de<br />
condensación está alejada del espacio enfriado.<br />
Sistema seco: Sistema de refrigeración que tiene el refrigerante líquido<br />
en el evaporador, principalmente en una condición atomizada o en<br />
forma de gotas.<br />
Sistema tipo abierto: Sistema de refrigeración con compresor movido<br />
por bandas, o directamente acoplado.<br />
Sobrecarga: Carga mayor a aquella para la cual fue diseñado el sistema<br />
o mecanismo.<br />
Soldadura con plata: Proceso de soldadura en el que la aleación contiene<br />
algo de plata.<br />
Soldar: Unión de dos metales con material de aporte no ferroso, cuyo<br />
punto de fusión es menor al del metal base.<br />
Solenoide: Bobina enrollada alrededor de un material no magnético<br />
(papel o plástico). Comúnmente, lleva un núcleo de hierro móvil, el cual<br />
es atraído por el campo magnético al energizarse la bobina.<br />
Solución: Líquido mezclado con otro líquido o sólido completamente<br />
disuelto. Una solución acuosa de bromuro de litio (comúnmente usada<br />
en sistemas de absorción) es agua con una cantidad de bromuro de litio<br />
disuelta. Las soluciones "fuertes" o "débiles" son aquellas con<br />
concentraciones altas o bajas, respectivamente, de otro líquido o sólido.<br />
Subenfriamiento: Enfriamiento de refrigerante líquido por debajo de su<br />
temperatura de condensación.<br />
Sustancia: Cualquier forma de materia o material.<br />
Tanque de hielo: Tanque que contiene serpentines de refrigeración u<br />
otras superficies donde se pueda acumular hielo durante los períodos<br />
de poca o ninguna demanda de agua helada. Cuando ocurre la demanda<br />
el hielo acumulado se derrite para abastecer agua helada.<br />
Tapón de seguridad: Dispositivo que libera el contenido de un recipiente,<br />
antes de alcanzar las presiones de ruptura.<br />
Temperatura: 1- Intensidad de calor o frío, tal como se mide con un<br />
termómetro. 2- Medición de la velocidad del movimiento de las moléculas.<br />
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Temperatura absoluta: Temperatura medida desde el cero absoluto.<br />
Temperatura ambiente: Temperatura de un fluido (generalmente el aire)<br />
que rodea un objeto por todos lados.<br />
Temperatura crítica: Temperatura a la cual el vapor y el líquido tienen<br />
las mismas propiedades.<br />
Temperatura de bulbo húmedo: Medición del grado de humedad. Es la<br />
temperatura de evaporación de una muestra de aire.<br />
Temperatura de bulbo seco: Temperatura del aire, medida con un<br />
termómetro ordinario.<br />
Temperatura de condensación: Temperatura dentro de un condensador,<br />
en el que el vapor de refrigerante cede su calor latente de evaporación<br />
y vuelve líquido. Varía con la presión.<br />
Temperatura de ebullición: Temperatura a la cual un líquido cambia a<br />
gas.<br />
Temperatura efectiva: Efecto global de la temperatura sobre un humano,<br />
humedad y movimiento del aire.<br />
Temperatura de vaporización: Temperatura dentro de un evaporador,<br />
en el que el liquido de refrigerante absorbe su calor latente de evaporación<br />
y vuelve vapor. Varía con la presión.<br />
Termodinámica: Rama de las ciencias; trata con las relaciones entre el<br />
calor y la acción mecánica.<br />
Termómetro: Instrumento para medir temperaturas.<br />
Termostato: Dispositivo que detecta las condiciones de la temperatura<br />
ambiente, y a su vez, acciona para controlar un circuito.<br />
Tonelada de refrigeración: Efecto refrigerante, equivalente a la cantidad<br />
de calor que se requiere para congelar una tonelada corta (2,000 lb) de<br />
agua a hielo, en 24 horas. Esto puede expresarse como sigue: 1 TR=<br />
12,000 btu/h = 3,024 kcal/h.<br />
Torre de enfriamiento: Dispositivo que enfría por evaporación del agua<br />
en el aire. El agua es enfriada hasta la temperatura de bulbo húmedo<br />
del aire.<br />
Transmisión de calor: Movimiento de calor desde un cuerpo o sustancia<br />
a otro. El calor puede transmitirse por radiación, conducción, convección<br />
o combinación de las tres anteriores.<br />
Tubo de Bourdon: Tubo de metal elástico, aplanado, de paredes delgadas<br />
y doblado en forma circular, que tiende a enderezarse al aumentar la<br />
presión dentro del mismo. Se utiliza en manómetros.<br />
Tubo capilar: Tubo de diámetro interior pequeño, que se utiliza para<br />
614
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controlar el flujo de refrigerante hacia el evaporador. Se utiliza,<br />
generalmente, en sistemas de refrigeración pequeños, tales como<br />
refrigeradores domésticos, unidades de aire acondicionado de ventana,<br />
etc.<br />
Tubo de Pitot: Tubo utilizado para medir velocidades del aire.<br />
Unidad de condensación: Parte de un mecanismo de refrigeración que<br />
succiona vapor de refrigerante del evaporador, lo comprime, lo licúa en<br />
el condensador y lo regresa al control de refrigerante.<br />
Unión: Punto de conexión (como entre dos tubos).<br />
Unión caliente: La parte de un circuito termoeléctrico que libera calor.<br />
Unión fría: Parte de un sistema termoeléctrico que absorbe calor conforme<br />
opera el sistema.<br />
Vacío: Presión menor que la atmosférica.<br />
Vacuómetro: Instrumento para medir vacío muy cercano al vacío perfecto.<br />
Válvula: Accesorio utilizado para controlar el paso de un fluido.<br />
Válvula de aguja: Tipo de válvula que tiene el asiento del vástago en<br />
forma de aguja, y un orificio pequeño en el asiento del cuerpo; sirve<br />
para medir flujos bajos con mucha precisión.<br />
Válvula de alivio: Válvula de seguridad en sistemas sellados. Abre para<br />
liberar fluidos, antes de que alcancen presiones peligrosas.<br />
Válvula de control: Válvula que regula el flujo o presión de un medio,<br />
el cual afecta a un proceso controlado. Las válvulas de control son<br />
operadas por señales remotas de dispositivos independientes, que utilizan<br />
cualquier cantidad de medios de control, tales como neumáticos, eléctricos<br />
o electrohidráulicos.<br />
Válvula de descarga: Válvula dentro del compresor de refrigeración, que<br />
permite que salga del cilindro el gas refrigerante comprimido hacia la<br />
línea de descarga, evitando que se devuelva.<br />
Válvula de dos vías: Válvula con un puerto de entrada y uno de salida.<br />
Válvula de expansión: Tipo de control de refrigerante, que mantiene<br />
presión constante en el lado de baja del sistema de refrigeración. La<br />
válvula es operada por la presión en el lado de baja o de succión. Con<br />
frecuencia, se le conoce como válvula de expansión automática<br />
Válvula de flotador: Tipo de válvula que opera con un flotador sobre la<br />
superficie del líquido, controlando su nivel.<br />
Válvula de gas: Dispositivo en la tubería para arrancar, parar o regular<br />
el flujo de un gas.<br />
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Válvula de líquido-vapor: Válvula manual doble que se utiliza comúnmente<br />
en los cilindros de refrigerante, con la cual se puede obtener refrigerante,<br />
ya sea en forma líquida o vapor, del cilindro.<br />
Válvula de presión de agua: Dispositivo utilizado para controlar el flujo<br />
de agua. Es responsable de crear la presión piezométrica del sistema de<br />
refrigeración.<br />
Válvula de retención: Válvula de globo que acciona automáticamente,<br />
y que sólo permite el flujo en un solo sentido.<br />
Válvula de servicio: Dispositivo utilizado en cualquier parte del sistema<br />
donde se desea verificar presiones, cargar refrigerante o hacer vacío o<br />
dar servicio.<br />
Válvula de servicio de descarga: Válvula de dos vías operada manualmente,<br />
ubicada en la entrada del compresor. Controla el flujo de gas de la<br />
descarga; se usa para dar servicio a la unidad.<br />
Válvula de servicio de succión: Válvula de dos vías operada manualmente,<br />
ubicada en la entrada del compresor. Controla el flujo de gas de la<br />
succión; se usa para dar servicio a la unidad.<br />
Válvula de succión: Válvula dentro del compresor de refrigeración que<br />
permite el ingreso del vapor de refrigerante, proveniente de la línea de<br />
succión, al cilindro, evitando que se devuelva.<br />
Válvula de termo expansión: Válvula de control operada por la temperatura<br />
y presión dentro del evaporador. Controla el flujo de refrigerante hacia<br />
el evaporador. El bulbo sensor se instala a la salida del evaporador.<br />
Válvula de tres vías: Válvula de control de flujo con tres puertos, para el<br />
flujo de fluidos.<br />
Válvula reguladora de presión: Dispositivo instalado en la línea de succión,<br />
que mantiene una presión constante en el evaporador, durante una parte<br />
de trabajo del ciclo.<br />
Válvula reversible: Válvula utilizada en bombas de calor para invertir el<br />
sentido del flujo, dependiendo de si se desea refrigeración o calefacción.<br />
Válvula solenoide: Válvula diseñada para funcionar por acción magnética,<br />
a través de una bobina energizada eléctricamente. Esta bobina acciona<br />
un núcleo móvil, el cual abre o cierra la válvula.<br />
Válvula termostática: Válvula controlada por elementos que responden<br />
a cambios de temperatura.<br />
Vapor: Estado o fase de una sustancia que está en su temperatura de<br />
saturación, o muy cercano a ella.<br />
Vapor saturado: Vapor que se encuentra a las mismas condiciones de<br />
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temperatura y presión que el líquido del cual se está evaporando. Es<br />
decir, si este vapor se enfría, se condensa.<br />
Vaporización: Cambio del estado líquido al gaseoso.<br />
Velocímetro: Instrumento que mide velocidades del aire, utilizando una<br />
escala que indica directamente la velocidad del aire.<br />
Ventilación: Flujo de aire forzado, por diseño, entre un área y otra.<br />
Ventilador: Dispositivo de flujo radial o axial, usado para mover o producir<br />
flujo de gases.<br />
Ventilador centrífugo: Algunas veces llamado ventilador de jaula de<br />
ardilla. El ventilador o rotor va dentro de una cámara involuta de metal,<br />
para dirigir el aire. El ventilador "bombea" el aire por medio de una<br />
fuerza centrífuga, generada por las aspas del rotor al girar. Este tipo de<br />
ventilador se utiliza cuando se necesita vencer una resistencia externa<br />
para circular el aire.<br />
Ventilador del condensador: Dispositivo utilizado para mover aire a través<br />
del condensador enfriado por aire.<br />
Ventilador del evaporador: Ventilador que incrementa el flujo de aire<br />
sobre la superficie de intercambio de calor de los evaporadores.<br />
Volumen específico: Volumen por unidad de masa de una sustancia<br />
(m3 /kg).<br />
Watio (W): Unidad de potencia, equivale a la potencia producida al<br />
realizar un trabajo de 1 Joule por segundo (1 Watio = 1 J/s).<br />
Zeotrópica, mezcla: Mezcla de dos o más líquidos de diferente volatilidad.<br />
Cuando se usa como refrigerante, al hervir en el evaporador, se evapora<br />
un mayor porcentaje del componente más volátil, y cambia el punto de<br />
ebullición del líquido remanente.<br />
Zona de confort: Área sobre una carta psicrométrica, que muestra las<br />
condiciones de temperatura, humedad, y algunas veces, el movimiento<br />
del aire, en que la mayoría de la gente se siente confortable.<br />
617
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
1. ¿Cuál es la misión del compresor?<br />
2. Los compresores alternativos, de tornillo y rotativos ¿Qué clase de<br />
compresores son y por qué?<br />
3. ¿Qué diferencia existe entre un compresor abierto y un compresor<br />
hermético?<br />
4. Calcular el punto de apertura ‘Se’ de la válvula de aspiración sin<br />
tener en cuenta la inercia de la misma, siendo el espacio muerto ‘e’<br />
de un compresor 0,7 mm y la carrera ‘S’ de 70 mm. La presión de<br />
descarga es de 6,1 bares y la presión de aspiración es de 1,95 bares.<br />
5. ¿Qué parte de un compresor alternativo transforma el movimiento<br />
rotativo del eje en movimiento alternativo?<br />
6. Indica cómo varia el rendimiento volumétrico real de un compresor<br />
al aumentar los siguientes parámetros del compresor:<br />
a) Espacio muerto.<br />
b) Relación de compresión.<br />
c) Velocidad del refrigerante.<br />
7. ¿Interesa más que el compresor trabaje en régimen húmedo o en<br />
régimen seco? ¿Por qué?<br />
8. Un compresor monocilindrico de amoniaco de simple efecto y una<br />
sola etapa debe producir una potencia de 125.000 frig/h (potencia<br />
real) entre las temperaturas de evaporación Te=-10ºC y condensación<br />
Tc=+25ºC.<br />
Calcular el diametro del pistón sabiendo<br />
n=Velocidad de giro: 800 r.p.m<br />
ve= Volumen específico: 0,42 m3 /kg<br />
=Densidad= 1/ve = 2,38 kg/m3 L= Carrera del pistón: 55 cm<br />
= rendimiento volumétrico real= 0.81<br />
Entalpía a la entrada del evaporador: 117 Kcal/h<br />
Entalpía a la salida del evaporador: 398 Kcal/h<br />
9. ¿Para que sirve un evaporador?<br />
10. Entre un evaporador de expansión seca y un evaporador inundado,<br />
¿cuál tiene mayor coeficiente de transmisión térmica, y por tanto<br />
mayor rendimiento y por qué?<br />
619
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
11. En instalaciones que funcionan por debajo de -1ºC y con problemas<br />
de escarcha, ¿qué tipo de evaporador elegirías entre el evaporador<br />
de tubos lisos, de placas, o con aletas? ¿Por qué?<br />
12. ¿De qué factores depende la elección de la velocidad de circulación<br />
del aire, y cómo influye sobre la humedad del espacio a refrigerar?<br />
13. Define sistema de expansión directa.<br />
14. Enumera 4 sustancias que sean utilizadas como refrigerante secundario.<br />
15. Define capacidad frigorífica del evaporador.<br />
16. ¿De que parámetros depende la capacidad frigorífica de un<br />
evaporador?<br />
17. Define diferencia de temperatura en el evaporador e indica cómo<br />
influye sobre la humedad del espacio a refrigerar.<br />
18. ¿De qué manera se puede aumentar la superficie de intercambio<br />
térmico en un evaporador?<br />
19. ¿Cuáles son las consecuencias de la formación de escarcha?<br />
20. Diferencia entre los métodos de desescarche de tipo externo y de<br />
tipo interno.<br />
21. ¿Qué limitación tienen la mayoría de los sistemas de desescarche de<br />
tipo externo?<br />
22. ¿Qué métodos de desescarche de tipo interno existen?<br />
23. ¿Qué tipo de condensador seleccionarías si se dispusiera de agua en<br />
cantidades suficientes y sin limitaciones, y si el agua fuera un elemento<br />
condicionante?<br />
24. Define coeficiente global práctico de transmisión térmica.<br />
25. Enumera de mayor a menor coeficiente global de transmisión térmica<br />
los siguientes tipos de condensadores:<br />
Condensador enfriado por agua de doble tubo a contracorriente.<br />
Condensador evaporativo.<br />
Condensador enfriado por aire de circulación forzada.<br />
Condensador multitubular vertical.<br />
Condensador enfriado por aire de circulación natural.<br />
26. Indica qué incremento de temperatura del medio condensante se<br />
admite en un evaporador enfriado por agua y en otro enfriado por<br />
aire, y qué temperatura de condensación se admite respecto a la<br />
temperatura de salida del medio condensante.<br />
620
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
27. Enumerar las válvulas que actúan como dispositivos de control de<br />
flujo de efrigerante.<br />
28. Describir la función de la válvula de expansión termostática y las<br />
variables a las que responde.<br />
29. ¿Cuáles son las principales aplicaciones de las válvulas manuales?<br />
30. ¿Cómo funciona una válvula de cuatro vías en una bomba de calor?<br />
31. ¿Qué dispositivo s emplea para la reducción de la capacidad del<br />
compresor y cómo actúa?<br />
32. ¿Qué dispositivo actúa cuando la presión de impulsión adquiere un<br />
valor por encima del determinado?<br />
33. ¿Qué dispositivo actúa sobre el compresor cuando la presión de<br />
aspiración es demasiado baja?<br />
34. ¿Describir los dispositivos que actúan como órganos de seguridad<br />
para la descarga de refrigerante cuando existe sobrepresión en el<br />
sistema?<br />
35. ¿Cuáles son las ventajas de emplear un sistema de control por<br />
microprocesador respecto a un sistema convencional?<br />
36. Describir la función de las torres de refrigeración dentro de una<br />
instalación frigorífica y los procesos de enfriamiento del agua en su<br />
interior.<br />
37. Describir brevemente los distintos tipos de torres de refrigeración.<br />
38. Citar y describir las partes componentes de una torre de refrigeración.<br />
39. Desarrollar los términos ecuación característica, salto térmico,<br />
acercamiento y eficiencia aplicados a una torre de refrigeración.<br />
40. Calcular el caudal de aire que es necesario aportar a una torre de<br />
refrigeración de la que se sabe que en las condiciones de diseño<br />
enfría un caudal de agua de 3 l/seg, al que le proporciona un salto<br />
térmico de 8 ºC y que las entalpías del aire a la entrada y a la salida<br />
son, respectivamente de 50 y 70 KJ/Kg. Calcular la potencia de<br />
refrigeración que está disipando la torre.<br />
41. Citar las operaciones de mantenimiento a realizar en una torre de<br />
refrigeración.<br />
42. ¿Cuál es la función del receptor de líquido?<br />
43. ¿Cuáles son las principales causas de entrada de refrigerante líquido<br />
al compresor?<br />
44. ¿Cuál es el dispositivo que evita la entrada de líquido al compresor<br />
y dónde se sitúa?<br />
621
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
45. ¿Cómo se obtiene la separación de aceite del fluido frigorígeno en<br />
un separador de aceite?<br />
46. Describir el proceso por el que actúa la válvula de retorno de aceite.<br />
47. ¿Por qué debe depurarse el aceite de retorno a los compresores?<br />
48. ¿Cuáles son los efectos de los contaminantes sólidos en el circuito<br />
frigorífico y qué medidas deben adoptarse para evitar la entrada de<br />
contaminantes en el sistema?<br />
49. ¿Cómo se detecta la presencia de humedad en el circuito?<br />
50. ¿Puede emplearse el cobre con el amoniaco?<br />
51. ¿Cuándo se prohíben las soldaduras blandas?<br />
52. ¿Cuáles son las principales características del cobre?<br />
53. ¿Por qué es necesario taparlos tubos de cobre durante la ejecución<br />
de la instalación frigorífica?<br />
54. ¿Por qué es necesario aislar la instalación?<br />
55. ¿Qué propiedades deben cumplir los materiales aislantes?<br />
56. ¿Citar algunos de los materiales utilizados como aislante térmicos?<br />
57. Describir las distintas funciones que cumplen los lubricantes dentro<br />
de una instalación frigorífica.<br />
58. Citar los distintos tipos de lubricante en función de su origen y<br />
describir su aplicabilidad en refrigeración.<br />
59. Enumerar las características que debe poseer un aceite de refrigeración.<br />
60. Definir brevemente las siguientes propiedades de un lubricante:<br />
Viscosidad, puntos de escurrimiento y floculación, número de<br />
neutralización y carbonización.<br />
61. Enumerar las propiedades de los lubricantes que suelen mejorarse<br />
con la incorporación de aditivos.<br />
62. Describir la función de los refrigerantes en la instalación frigorífica.<br />
Diferencias entre los fluidos frigorígenos y fluidos frigoríferos.<br />
63. Respecto a la siguiente lista de características físicas de un refrigerante,<br />
hacer una evaluación cualitativa y justificada sobre su valor deseable<br />
en una instalación frigorífica: presión de vapor, presión de<br />
condensación y calor latente de vaporización.<br />
64. Describir la problemática de la humedad en las instalaciones<br />
frigoríficas.<br />
65. Describir la problemática referente a la solubilidad entre lubricantes<br />
y refrigerantes.<br />
622
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
66. Hacer un breve repaso de la historia de los refrigerantes, nombrando<br />
los hitos clave que han permitido llegar al estado actual en cuanto<br />
a refrigeración.<br />
67. Describir el proceso de carga de refrigerante de una instalación de<br />
refrigeración.<br />
68. Definir los términos recuperación, reciclado y reproceso de un<br />
refrigerante.<br />
69. Nombrar los criterios que permiten distinguir una instalación en<br />
buen estado de otra averiada.<br />
70. Enumerar los principales puntos a controlar de una instalación<br />
frigorífica para conocer si su estado de funcionamiento es correcto<br />
o no.<br />
71. Citar las herramientas necesarias para efectuar las labores habituales<br />
de mantenimiento.<br />
72. Definir la función de las siguientes herramientas: abocardador,<br />
escariador, vacuómetro, cilindro de carga, puente de manómetros.<br />
73. Citar posibles causas para los siguientes problemas: alta presión de<br />
condensación en el caso de condensadores enfriados por agua; y el<br />
compresor enfría, pero no para o funciona demasiado tiempo.<br />
74. Describir los métodos para: recoger el refrigerante en el depósito,<br />
eliminar la humedad en una instalación frigorífica y limpiar un<br />
circuito de refrigerantes.<br />
75. ¿Qué son las hojas de mantenimiento?<br />
76. Documentación del compresor que es conveniente poseer en la<br />
instalación.<br />
77. Citar las medidas de seguridad general que es necesario guardar<br />
durante las operaciones de mantenimiento y reparación de las<br />
instalaciones.<br />
623
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES<br />
BIBLIOGRAFÍA<br />
Alarcón Creus, José: Tratado Práctico de Refrigeración Automática, 12ª edición<br />
ampliada y puesta al día con la inclusión de los nuevos refrigerantes HFC<br />
sin cloro, Barcelona: Edit. Marcombo, S.A., 1998.<br />
Amigo, P.: Termotecnia. Aplicaciones Industriales, Editorial Mundi-Prensa,<br />
1999.<br />
Balboa, Joan: Manual de Instalaciones Frigoríficas, 2ª Edición, Barcelona:<br />
Edit. Ediciones Ceysa, 2003.<br />
Cano, G.: Manual para la Operación y Funcionamiento de Almacenes Frigoríficos<br />
de Productos Cárnicos, Editorial FAO, 1991.<br />
López, A.: Las Instalaciones Frigoríficas en las Industrias Agroalimentarias,<br />
Madrid: Ediciones A. Madrid Vicente / Mundi-prensa libros, S.A., 1994.<br />
Maestre Albert, Joaquín; Melgarejo Moreno, Pablo; y otros / Colegio<br />
Oficial de Ingenieros Agrónomos de Murcia: Curso de Ingeniería del frío,<br />
Madrid: Ediciones A. Madrid Vicente, 1993.<br />
Manual técnico Valycontrol, 1996, distribuido por Valycontrol S.A.<br />
Ramírez, Carlos Mario; García, Mateo Miguel; García García, Ceferino:<br />
Termodinámica, Derechos reservados respecto a la primera edición en<br />
español por McGRAW-HILL INTERAMERICANA DE MÉXICO, S.A. de<br />
C.V.<br />
Rapin, P.: Prontuario del Frío, Tercera Edición traducida y ampliada de la<br />
tercera edición francesa, Edit. Editores Técnicos Asociados, 1994.<br />
Rapin, P.; Jacquard, P. J.: Instalaciones frigoríficas. Tomo 1 Física Aplicada,<br />
Barcelona: Edit. Marcombo Boixareu Editores, 1997.<br />
Sánchez y Pineda de las Infantas, Mª Teresa: Ingeniería del frío: Teoría y<br />
Práctica, Madrid: Edit. A. Madrid Vicente/ Mundi-prensa libros, S.A.,<br />
2001.<br />
Segura Clavell, José: Termodinámica Técnica, Barcelona: Edit. Reverté S.A.,<br />
1993.<br />
625
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE<br />
AUTOEVALUACIÓN<br />
UNIDAD DIDÁCTICA 1<br />
1. La termodinámica se define como la ciencia que estudia, interpreta<br />
y explica las interacciones energéticas que se dan entre los sistemas<br />
materiales, formulando leyes que rigen dichas interacciones.<br />
Es la ciencia que estudia la energía y sus transformaciones, incluidas<br />
la formación de potencia, la refrigeración y las relaciones entre las<br />
propiedades de la materia.<br />
Es necesario el estudio de conceptos que competen a la termodinámica<br />
para comprender los principios que rigen la configuración y el<br />
funcionamiento de los sistemas frigoríficos<br />
2. La energía es la capacidad que posee un sistema para producir<br />
cambios.<br />
3. El calor es la energía que se transfiere entre dos sistemas o entre un<br />
sistema y sus alrededores.<br />
El calor está relacionado con el movimiento de las partículas, porque<br />
una molécula al moverse choca con otras moléculas que, a raíz de<br />
esto, ven aumentada su velocidad y por lo tanto su generación de<br />
calor y que a su vez chocan con otras moléculas que chocan con otras,<br />
etc.<br />
4. El frío es el término negativo del calor, que indica su disminución o<br />
ausencia, es decir, el frío se produce cuando hay una cesión o<br />
extracción de calor de una sustancia o sistema.<br />
5. Se consideran tres formas de transmisión física del calor desde un<br />
cuerpo caliente a un cuerpo frío:<br />
• Por conducción.<br />
• Por convección.<br />
• Por radiación.<br />
6. El término temperatura hace referencia al nivel de energía calorífica<br />
que posee un cuerpo.<br />
7.<br />
• Escala Centígrada o Celsius / Grado centígrada / ºC.<br />
• Escala Fahrenheit / Grado Fahrenheit / ºF.<br />
• Escala Kelvin / Grado Kelvin / K.<br />
627
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
8.<br />
9.<br />
= 30´224 metros.<br />
• 1200 kca = 1´2 cal<br />
• 4500 kJ = 18837 kcal<br />
• 3274 kcal = 825´048 Btu<br />
• 128 kJ = 0.128 J<br />
• 17 Kcal = 4´0613 kJ<br />
• 10 kJ = 10´55 Btu<br />
• 78 J = 78000 kJ<br />
• 21 Btu = 83´328 kcal<br />
• 114 cal = 11400 kcal<br />
• 357 Btu = 338´436 kJ<br />
10. Hierro.<br />
11. Calor latente es la cantidad de calor que hay que suministrar o extraer<br />
a la unidad de masa de ese cuerpo, para provocar en él un cambio<br />
de estado, sin que esto provoque un cambio de temperatura.<br />
12. Calor sensible es la cantidad de calor que extraída o aportada a un<br />
cuerpo es capaz de hacer que su temperatura disminuya o aumente<br />
respectivamente, sin que se produzca ningún cambio de fase en el<br />
cuerpo.<br />
13. Estados de la materia:<br />
• Sólido.<br />
• Líquido.<br />
• Gas.<br />
Procesos de cambio de fase:<br />
• Fusión.<br />
• Evaporación.<br />
• Condensación.<br />
• Solidificación.<br />
• Sublimación.<br />
14. Es un punto que viene dado por una temperatura, presión y volumen<br />
determinados para cada sustancia y se caracteriza porque en este<br />
628
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
punto las propiedades de la fase líquida y gaseosa de la sustancia se<br />
hacen tan similares como para ser indistinguibles.<br />
15.<br />
• Ley de Mariotte: estudia la relación entre presión y volumen de<br />
una sustancia manteniendo la temperatura constante.<br />
• Ley de Gay-Lussac: estudia la relación entre volumen y temperatura<br />
de una sustancia manteniendo la presión constante.<br />
• Ley de Charles: estudia la relación entre presión y temperatura<br />
de una sustancia manteniendo el volumen constante.<br />
16. Gas ideal, o perfecto, es el que sigue rigurosamente las leyes de<br />
Mariotte, Gay-Lussac y Charles y la expresión que relaciona todas las<br />
variables del gas es la siguiente:<br />
17. El factor de compresibilidad es un factor que nos permite medir la<br />
desviación que presenta un gas real con respecto del comportamiento<br />
de un gas ideal. Este factor se representa mediante la letra Z y se<br />
define como:<br />
Además, también se dispone de las cartas de compresibilidad del gas<br />
que se esté estudiando que nos proporciona Z si sabemos la presión<br />
y temperatura del punto en el que se encuentra el gas tratado.<br />
Este factor es muy útil ya que los gases reales no siguen el<br />
comportamiento indicado para gases ideales y se hace necesario<br />
corregir su comportamiento para poder hacer uso de las leyes de<br />
Mariotte, Gay Lussac y Charles.<br />
18. El trabajo es el producto de la magnitud del desplazamiento por la<br />
componente de la fuerza paralela al desplazamiento:<br />
Como criterio general de signos se considera que el trabajo realizado<br />
sobre el sistema es positivo y el trabajo realizado por el sistema es<br />
negativo.<br />
En cuanto a la relación que guarda este concepto con el de energía<br />
es que el calor y la energía mecánica o trabajo son dos valores de la<br />
misma naturaleza, que se pueden transformar entre sí.<br />
19.<br />
• Transformaciones isotérmicas: son aquellas en las que la<br />
temperatura del sistema permanece constante y donde<br />
629
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
• Proceso adiabático: es aquel en el cual el sistema no intercambia<br />
calor con su entorno. En estos procesos se cumple<br />
• Procesos politrópicos: son aquellos procesos en los que se producen<br />
transformaciones de varios de tipos.<br />
20. P= 6.7 W / t= 11´42 s<br />
21. = 0.33<br />
22. El método más común para refrigerar un local consiste en la<br />
compresión mecánica de un vapor, entendiendo por vapor todo gas<br />
capaz de condensarse a las presiones y temperaturas a las que se<br />
somete en la instalación. Este ciclo de compresión del gas consiste<br />
en los siguientes procesos:<br />
• Evaporación.<br />
• Compresión.<br />
• Condensación.<br />
• Expansión.<br />
23.<br />
• Diagrama Presión-Volumen (diagrama P-V o diagrama de<br />
Andrews).<br />
• Diagrama Temperatura-Entropía (diagrama T-S o diagrama<br />
entrópico).<br />
• Diagrama Presión-Entalpía (diagrama P-H, diagrama entálpico o<br />
de Mollier).<br />
• Diagrama Entalpía-Entropía (diagrama H-S).<br />
24.<br />
• Control de la temperatura.<br />
• Control de la humedad.<br />
• Filtración, limpieza y purificación del aire.<br />
• Circulación y movimiento del aire.<br />
25. La psicrometría estudia las propiedades termodinámicas del aire<br />
húmedo y el efecto de la humedad atmosférica sobre los materiales<br />
y el confort humano, así como los métodos para controlar las<br />
características térmicas del aire húmedo.<br />
26.<br />
• Si se calienta, se expande.<br />
630
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
• Su densidad disminuye cuando la presión permanece constante.<br />
• Si se enfría aumenta su densidad.<br />
• Las temperaturas, densidades, volúmenes y presiones, todas varían<br />
proporcionalmente.<br />
27. La humedad es un término utilizado para describir la presencia de<br />
vapor de agua en el aire, es decir, hace referencia a una mezcla de<br />
aire y vapor de agua en la atmósfera.<br />
28.<br />
• Humedad relativa.<br />
• Humedad absoluta.<br />
• Humedad específica.<br />
• Punto de rocío.<br />
• Temperatura de rocío.<br />
• Bulbo seco.<br />
• Bulbo húmedo.<br />
• Factor de calor sensible.<br />
• Calor latente.<br />
• Porcentaje de saturación.<br />
29. El método del punto de rocío.<br />
30. Un psicrómetro.<br />
31. Encontramos el punto donde la temperatura de 27ªC de bulbo seco,<br />
cruza con la línea de 60% de hr, en diagrama psicrométrico. A este<br />
punto lo designamos como "B". Si la muestra de aire en estas<br />
condiciones fuera enfriada, sin cambiar su contenido de humedad,<br />
lo cual está representado en el diagrama psicrométrico como una<br />
línea horizontal, la línea del punto de rocío seria intersectada<br />
aproximadamente en 18.8ºC.<br />
32.<br />
• Temperatura de bulbo seco (bs).<br />
• Temperatura de bulbo húmedo (bh).<br />
• Temperatura de punto de rocío (pr)<br />
631
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
Diagrama psicrométrico<br />
UNIDAD DIDÁCTICA 2<br />
1. Longitud (metro), masa (kilogramo), tiempo (segundo), corriente<br />
eléctrica (amperio), temperatura (Kelvin), cantidad de sustancia<br />
(mol), intensidad luminosa (candela).<br />
2. Sistema Cegesimal de unidades o sistema CGS. Sistema Técnico.<br />
Sistema Anglosajón.<br />
3. Dimensionales, Termodinámicos, Eléctricos, Tiempo, Frecuencia,<br />
Mecánica, Óptica, Eléctricos, Acústica, Vibraciones, Metrología<br />
química, Radiaciones ionizantes.<br />
4. Mayor precisión, capacidad de almacenar mediciones, posibilidad de<br />
integrar varios aparatos de medida en un solo instrumento, posibilidad<br />
de trasmitir la información a ordenadores.<br />
5. El manómetro es el aparato empleado para detectar la presión del<br />
circuito. Existen dos tipos de manómetros, los de baja (también<br />
llamados vacuómetros) que miden hasta 12 bar y los de alta que<br />
miden hasta 30 bar. Se fabrican en varios diámetros y escalas,<br />
relacionando la presión con la temperatura. Para evitar las pulsaciones<br />
producidas por la aguja se construyen manómetros amortiguados<br />
con glicerina y regulables. Atendiendo al tipo de refrigerante empleado<br />
se debe utilizar el manómetro correspondiente. Los manómetros<br />
para localización de averías y mantenimiento son en general de tipo<br />
Bourdon, la presión se mide como sobrepresión; el punto cero de la<br />
escala de presión es igual a la lectura del barómetro.<br />
632
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
6. Medición de la presión, carga de refrigerante,Vacío.<br />
7. El medidor de tenazas se emplea para medir la intensidad de corriente<br />
alterna; se conecta seriado en dicha rama. El voltímetro es un aparato<br />
utilizado para medir, directa o indirectamente, diferencias de potencial<br />
eléctrico. Polímetros. Es el instrumento de medida que se utiliza para<br />
cualquier experiencia de teoría de circuitos. En un principio estos<br />
aparatos eran analógicos, y solamente permitían medir intensidades<br />
de corrientes y resistencias. Pero actualmente, los diseños de los<br />
polímetros digitales, además, permiten medir capacidades, frecuencias,<br />
etc., y son más precisos. Megamedidor o multímetro: Es un instrumento<br />
de medición que recoge un amperímetro, voltímetro, ohmiómetro,<br />
medida de capacidad, termómetro, pudiendo ser analógicos o digitales.<br />
8. Para detectar la acidez en los circuitos se emplean botellas de líquido,<br />
que cambia de color cuando se mezcla con el aceite del cárter del<br />
compresor. Para eliminar la acidez del circuito se debe proceder a<br />
la limpieza de todo el circuito, o eliminarlo con líquidos<br />
neutralizadores.<br />
9.<br />
• Errores introducidos por el instrumento:<br />
• Error de apreciación.<br />
• Error de exactitud.<br />
• Error de interacción.<br />
• Falta de definición en el objeto sujeto a medición.<br />
• Errores sistemáticos.<br />
• Errores estadísticos.<br />
• Errores ilegítimos o espurios.<br />
• Error absoluto.<br />
• Error relativo.<br />
• Error relativo porcentual.<br />
10. El número de cifras significativas es igual al número de dígitos<br />
contenidos en el resultado de la medición que están a la izquierda<br />
del primer dígito afectado por el error, incluyendo este dígito.<br />
11. 1º: Comprobar la calibración del aparato, 2º: Cumplir las normas de<br />
utilización del fabricante del aparato en cuanto a conservación y<br />
condiciones de uso, 3º Conocer y valorar la sensibilidad del aparato<br />
para dar los resultados con la correspondiente precisión, 4º: Anotar<br />
cuidadosamente los valores obtenidos en tablas, 5º: Realizar la gráfica<br />
que corresponda a la de distribución de medidas, 6º: Hallar el valor<br />
representativo, su error absoluto y su error relativo.<br />
633
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
12. Corriente de funcionamiento y voltaje. Medición de la presión<br />
(descarga y aspiración), temperatura de aire de salida (o de agua)<br />
del condensador y del evaporador, de aire de entrada (o de agua)<br />
del condensador y del evaporador, gas de descarga y de aspiración<br />
y temperatura de líquido antes de la válvula de expansión.<br />
13. Paso de refrigerante líquido al compresor o presión de condensación<br />
demasiado baja.<br />
14. Compresor demasiado pequeño, fugas en los platos de las válvulas,<br />
regulación de capacidad defectuosa o mal ajustada, carga de la<br />
instalación excesiva, la válvula de desercarche por gas caliente tiene<br />
fugas.<br />
UNIDAD DIDÁCTICA 3<br />
1. En una instalación de refrigeración suelen haber:<br />
• Planos de componentes de máquinas y <strong>equipos</strong>: consistentes en<br />
despieces de cada uno de los <strong>equipos</strong> que forman la instalación.<br />
• Planos de conjuntos de máquinas y <strong>equipos</strong>: en ellos aparece la<br />
instalación completa, con todos los elementos que la componen<br />
unidos entre sí con tuberías, válvulas, controles y demás elementos<br />
de unión. Los esquemas de funcionamiento también forman parte<br />
de este tipo de planos.<br />
• Planos de mantenimiento: son representaciones de la instalación<br />
que ayudan a realizar las labores de mantenimiento, apareciendo<br />
en su interior, en algunas ocasiones, tablas y espacios para apuntar<br />
los resultados de las mediciones y verificaciones a realizar.<br />
2. Un plano se compone de:<br />
• El marco, que separa los límites exteriores del elemento de la<br />
representación, formando un borde alrededor de la misma.<br />
• El cajetín, donde se define el plano con su nombre, autor, fecha<br />
de creación y modificaciones, y escala gráfica.<br />
• La o las leyendas, donde se define la simbología usada en el plano.<br />
• La representación en sí, que constituye el esquema de la instalación<br />
o elemento representado.<br />
634
3.<br />
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
SÍMBOLO DESIGNACIÓN SÍMBOLO<br />
DESIGNACIÓN<br />
Resistencia Motor<br />
Transformador<br />
con núcleo<br />
Órgano de<br />
mando (bobina)<br />
Evaporador de aire con<br />
convección forzada<br />
Condensador de aire con<br />
convección forzada con<br />
conductos distribuidores<br />
Válvula de seguridad<br />
Válvula de<br />
expansión<br />
termostática<br />
Manómetros de:<br />
1) Baja presión<br />
2) Presión intermedia<br />
Alta presión<br />
635<br />
Interruptor<br />
tripolar<br />
Compresor<br />
centrífugo<br />
Evaporador<br />
multipolar<br />
Deshidratador<br />
Recipiente de<br />
líquido con nivel<br />
reflector (fluidos<br />
halogenados)<br />
Termostato con<br />
bulbo y capilar<br />
Válvula de arranque
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
UNIDAD DIDÁCTICA 4<br />
1. La refrigeración se define como el proceso de reducción y<br />
mantenimiento de la temperatura de un espacio o materia por debajo<br />
de la temperatura del entorno.<br />
2. La absorción del calor del espacio a refrigerar se produce en el<br />
evaporador, produciendo la evaporación del líquido refrigerante en<br />
el interior de él.<br />
3.-<br />
Efecto refrigerante por kg de refrigerante:<br />
h1=360 kcal/kg<br />
h4=105 kcal/kg<br />
Efecto refrigerante específico = qe = h1-h4 = 360-105 = 255 kcal/kg<br />
Equivalente térmico del trabajo de compresión por kg de refrigerante:<br />
h1=360 kcal/kg<br />
h2=490 kcal/h<br />
Calor de compresión específico = Wk = h2-h1 = 490-360 = 130 kcal/kg<br />
El calor cedido en la condensación por kg de refrigerante:<br />
h3=h4<br />
Calor específico cedido en la condensación = qc = h3-h2 = 105-490 =<br />
385 kcal/kg<br />
El coeficiente de efecto frigorífico:<br />
4. Válvula de expansión, el evaporador y la línea de aspiración.<br />
636
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
5. Si aumentamos la temperatura de vaporización en un ciclo de<br />
refrigeración el efecto refrigerante aumenta. El trabajo absorbido en<br />
el compresor disminuye ya que la diferencia de presiones entre el<br />
evaporador y el condensador es menor.<br />
6. El coeficiente de efecto frigorífico aumenta cuando el líquido<br />
refrigerante es subenfriado antes de entrar en la válvula de expansión<br />
ya que el efecto frigorífico aumenta, y el trabajo absorbido por el<br />
compresor permanece constante.<br />
7. El coeficiente de efecto frigorífico disminuye al disminuir la presión<br />
en el evaporador porque el trabajo absorbido en el compresor aumenta<br />
ya que la relación de compresión aumenta.<br />
8.<br />
• Recalentamiento del vapor en las tuberías de aspiración y a la<br />
entrada del compresor.<br />
• Pérdida de carga en la válvula de aspiración del compresor.<br />
• Compresión real no isentrópica.<br />
• Pérdida de presión en la válvula de descarga.<br />
• Pérdida de carga durante la condensación.<br />
• Subenfriamiento del líquido.<br />
• Pérdida de carga durante la evaporación.<br />
UNIDAD DIDÁCTICA 5<br />
1. Aspirar los vapores producidos en el evaporador, y descargar los<br />
vapores en el condensador a una presión lo suficientemente alta para<br />
que se produzca la condensación.<br />
2. Son compresores de desplazamiento positivo o volumétricos, ya que<br />
el fluido experimenta una verdadera compresión mecánica,<br />
reduciendo el volumen mediante un elemento que comprime.<br />
3. Un compresor de tipo abierto es aquel en el que el compresor y el<br />
motor de accionamiento están claramente diferenciados en dos<br />
carcasas. Los compresores herméticos contienen el motor y el<br />
compresor en una misma carcasa herméticamente cerrada.<br />
4. En los cálculos sólo se utilizan presiones absolutas:<br />
Presión absoluta de descarga: 6,1 + 1,02 = 7,12 bares.<br />
Presión absoluta de aspiración: 1,95 + 1,02= 2,97 bares.<br />
637
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
Según la ley de Boyle-Mariotte:<br />
y como la sección del cilindro es siempre la misma, los volúmenes<br />
son proporcionales a las longitudes:<br />
y area = constante<br />
Longitud en la descarga = espacio muerto (e)<br />
Longitud en la aspiración = espacio muerto (e)+ longitud avanzada<br />
en la reexpansión de los vapores que se encontraban en el espacio<br />
muerto (Se)<br />
luego,<br />
y<br />
‘Se’ es el 1,38% de la carrera.<br />
5. La biela.<br />
6. El aumento de los tres parámetros provoca una disminución del<br />
rendimiento volumétrico real.<br />
7. Interesa más que el compresor trabaje en régimen seco, pues supone<br />
un aumento del rendimiento del 10 al 12% sobre el régimen húmedo<br />
y además evita el peligro de “golpes de líquido” en el compresor.<br />
8.<br />
638
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
Diámetro del pistón = 10,5 cm<br />
9. El evaporador debe obtener la transmisión del flujo calorífico que<br />
procede del medio que se enfría al fluido frigorígeno, absorbiendo<br />
éste dicho flujo a temperatura constante por liberación de su calor<br />
latente de evaporación.<br />
10. Los evaporadores inundados tienen un mayor coeficiente de<br />
transmisión térmica y por tanto un mayor rendimiento, ya que en<br />
ellos al hallarse toda su superficie bañada de liquido refrigerante, se<br />
obtiene una plena ebullición de toda la masa de forma muy vigorosa<br />
con la consiguiente y rápida absorción, en grado máximo, de vapor<br />
en toda la superficie del evaporador. Sin embargo la gran cantidad<br />
de líquido necesario en los evaporadores inundados encarece mucho<br />
este tipo de instalaciones.<br />
11. Evaporador de tubos lisos o de placas, porque la acumulación de<br />
hielo en la superficie primaria del evaporador no afecta a la capacidad<br />
del equipo en la misma extensión que lo hace en las aletas.<br />
Tienen además la ventaja de que se limpian fácilmente y pueden<br />
descongelarse con rapidez, manualmente, ya sea cepillando o raspando<br />
la acumulación de hielo. Esta operación puede ser realizada sin<br />
interrumpir el proceso de refrigeración y mimetizando la calidad del<br />
producto refrigerado.<br />
12. Depende de la humedad de la cámara o espacio a refrigerar, del tipo<br />
de producto y del período de almacenamiento.<br />
Una corta velocidad del aire disminuye el rendimiento del evaporador,<br />
provocando un enfriamiento lento del producto, ocasionando el<br />
desarrollo de bacterias. En cambio una excesiva velocidad del aire<br />
causa una deshidratación el producto.<br />
13. Un sistema de refrigeración de expansión directa es aquél en el cual<br />
el evaporador, del sistema, utilizando un refrigerante de expansión<br />
directa, se encuentra en contacto directo con el espacio o material<br />
que va a ser enfriado.<br />
14. Agua, salmuera, etilenglicol y propilenglicol.<br />
15. La capacidad frigorífica de un evaporador es la cantidad de calor que<br />
fluye a través de su superficie de intercambio procedente del recinto<br />
o producto a refrigerar, y que se invierte fundamentalmente en la<br />
vaporización del líquido refrigerante.<br />
16. Del coeficiente global de transmisión térmica.<br />
De la superficie del evaporador.<br />
639
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
De la diferencia media logarítmica.<br />
17. La diferencia de temperatura en el evaporador, es la diferencia entre<br />
la temperatura del aire a la entrada del evaporador y la temperatura<br />
de evaporación del refrigerante.<br />
Mientras menor sea el salto térmico entre la temperatura del<br />
evaporador y la de la cámara, mayor será la humedad relativa que<br />
habrá en el espacio. Recíprocamente, mientras mayor sea la DT,<br />
menor será la humedad relativa en el espacio.<br />
18. Añadiendo aletas a las superficies primarias que conforman los<br />
evaporadores, de esta forma aumenta la transmisión de calor por<br />
convección al fluido envolvente.<br />
19. Efecto aislante que provoca una disminución del coeficiente de<br />
película exterior, con la consiguiente disminución de la producción<br />
frigorífica de la máquina, aumentando el tiempo de funcionamiento<br />
de la máquina.<br />
Reducción del volumen efectivo de aire libre a través de los tubos y<br />
de las aletas dado que la caída de presión del aire aumenta y el flujo<br />
del mismo disminuye.<br />
Variación del contenido de humedad adecuado para la correcta<br />
conservación del género.<br />
20. En los procedimientos de tipo externo la fusión de la escarcha es<br />
obtenida a partir de la capa periférica; dicha fusión debe ser total.<br />
En los procedimientos internos, más modernos y más rápidos, la<br />
fusión de la escarcha se obtiene a partir de la capa interior que se<br />
halla en contacto con los tubos del evaporador sin necesidad de una<br />
fusión total, ya que la escarcha se rompe al faltarle soporte sobre los<br />
tubos.<br />
21. Se utilizan solo en instalaciones que funcionan por encima de los<br />
0ºC.<br />
22. Desescarche por calentamiento eléctrico del evaporador.<br />
Desescarche por gases calientes.<br />
Desescarche por inversión de ciclo.<br />
23. Si el agua no estuviera limitada, se seleccionaría un condensador<br />
multitubular de tipo vertical cuando el agua disponible sea sucia, y<br />
de tipo horizontal cuando el agua sea dura.<br />
Si el agua fuera un factor condicionante se seleccionaria condensadores<br />
evaporativos, condensadores multitubulares combinados con torres<br />
de enfriamiento, o bien condensadores enfriados por aire.<br />
640
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
24. El coeficiente global práctico de transmisión térmica K de un<br />
condensador nos indica la cantidad de calor expresada en Watios<br />
que el condensador puede evacuar por metro cuadrado de superficie<br />
y por grado de diferencia entre la temperatura del refrigerante y la<br />
temperatura del medio de condensación.<br />
25. 1º- Condensador multitubular vertical: 800 a 1400 W/m2 ºC<br />
2º- Condensador de doble tubo a contracorriente: 700 a 950 W/m2 ºC<br />
3º- Condensador evaporativo: 240 a 350 W/m2 ºC<br />
4º- Condensador enfriado por aire de circulación forzada: 24 a 30<br />
W/m2 ºC<br />
5º- Condensador enfriado por aire de circulación natural: 9 a 12 W/<br />
m2 ºC<br />
26. Evaporadores enfriados por agua:<br />
• Diferencia de temperatura entre la entrada y salida del agua del<br />
condensador: de 5 a 12ºC.<br />
• Temperatura de condensación respecto a la temperatura de salida<br />
del agua del condensador: 5ºC superior.<br />
Evaporadores enfriados por aire:<br />
• Diferencia de temperatura entre la entrada y salida del aire del<br />
condensador: de 5 a 6ºC.<br />
• Temperatura de condensación respecto a la temperatura de salida<br />
del agua del condensador: 7 a 8ºC superior.<br />
27.<br />
• Válvula de expansión manual.<br />
• Válvula de expansión automática.<br />
• Válvula de expansión termostática.<br />
• Válvula de expansión electrónica.<br />
28. La válvula de expansión termostática o válvula de termo-expansión,<br />
es un dispositivo de medición diseñado para regular el flujo de<br />
refrigerante líquido hacia el evaporador, en la misma proporción en<br />
que el refrigerante líquido dentro del evaporador se va evaporando.<br />
Esto lo logra manteniendo un sobrecalentamiento predeterminado<br />
a la salida del evaporador (línea de succión), lo que asegura que todo<br />
el refrigerante líquido se evapore dentro del evaporador, y que<br />
solamente regrese al compresor refrigerante en estado gaseoso. La<br />
cantidad de gas refrigerante que sale del evaporador puede regularse,<br />
puesto que la válvula de expansión termostática responde a:<br />
641
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
- La temperatura del gas que sale del evaporador.<br />
- La presión del evaporador.<br />
Las principales funciones de una válvula de termo expansión son:<br />
reducir la presión y la temperatura del líquido refrigerante, alimentar<br />
líquido a baja presión hacia el evaporador, según la demanda de la<br />
carga, y mantener un sobrecalentamiento constante a la salida del<br />
evaporador.<br />
29. Válvulas de paso, de servicio para compresor, de servicio para depósito<br />
de líquido.<br />
30. Una bomba de calor es un equipo central acondicionador de aire,<br />
con ciclo reversible. En el verano, el refrigerante absorbe calor del<br />
interior de edificio y lo expulsa al exterior. En el invierno, el ciclo se<br />
invierte, el refrigerante absorbe calor del exterior y lo libera dentro<br />
del edificio. El condensador y el evaporador son obligados a<br />
intercambiar funciones, invirtiendo el flujo de refrigerante, y la válvula<br />
de cuatro vías es la que se encarga de esto.<br />
31. Válvula reguladora derivación gas caliente o válvula reguladora de<br />
capacidad; estas válvulas se emplean para la reducción de la capacidad<br />
del compresor en instalaciones con uno o más evaporadores, cuando<br />
descienden las necesidades de frío, evitando, por medio del control<br />
de baja presión, que ésta no se reduzca excesivamente por causa de<br />
la carga reducida, con la consiguiente y peligrosa admisión de<br />
refrigerante líquido en el compresor que contribuye a la ebullición<br />
y fuga de aceite en el cárter del mismo. Su objeto no es, sin embargo,<br />
mantener constante la presión de aspiración, sino evitar oscilaciones<br />
muy fuertes, reduciendo la capacidad del compresor cuando éste no<br />
incorpora otro sistema regulador de la misma. Estas válvulas actúan<br />
abriendo el paso a medida que la presión cae por debajo del límite<br />
establecido. En el período de servicio normal, mientras la aspiración<br />
se halla por encima del valor ajustado, la válvula queda cerrada,<br />
abriendo a medida que desciende dicha presión. Se monta haciendo<br />
un «by pass» que comunica la descarga del compresor a la línea de<br />
aspiración. Al abrirse la válvula pasa gas evaporado caliente a la<br />
aspiración, de forma que el compresor pueda absorber dicho<br />
refrigerante sin aumentar la refrigeración.<br />
Mediante una válvula de tres vías, se lleva a cabo descargando el gas<br />
de los cilindros, durante los períodos de baja demanda, y desviándolo<br />
hacia la succión. Cuando están desenergizadas, el gas de descarga<br />
del compresor sigue su ciclo normal hacia el condensador. Cuando<br />
se energiza la bobina, el gas de la descarga es entonces desviado al<br />
lado de baja del sistema, reduciendo la capacidad. También, el gas<br />
de la descarga puede utilizarse para el deshielo del evaporador. Las<br />
642
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
válvulas de solenoide de tres vías que se utilizan para descargar los<br />
cilindros.<br />
32. El presostato de presión controla la presión de impulsión o de<br />
descarga, interrumpiendo el circuito cuando el valor de dicha presión<br />
se eleva por encima de un valor determinado, volviendo a poner en<br />
marcha el compresor al restablecerse las condiciones de<br />
funcionamiento normales.<br />
33. Como aparato de protección el presostato de presión baja detiene<br />
el compresor en caso que la presión de aspiración baja anormalmente,<br />
volviendo a poner en marcha el compresor una vez se restauren las<br />
condiciones normales.<br />
34. El presostato de presión controla a presión de impulsión o de descarga,<br />
interrumpiendo el circuito cuando el valor de dicha presión se eleva<br />
por encima de un valor determinado, volviendo a poner en marcha<br />
el compresor al restablecerse las condiciones de funcionamiento<br />
normales.<br />
Cuando la presión adquiere un valor por encima del ajustado, la<br />
válvula de descarga actúa como dispositivo de seguridad, la<br />
sobrepresión empuja el asiento de la válvula, abriendo el circuito y<br />
expulsando el refrigerante o derivándolo a la zona de baja presión<br />
de forma que el circuito quede en equilibrio.<br />
En los sistemas de poca potencia, puede emplearse también un tapón<br />
fusible, consistente en un tapón de metal relleno de una aleación<br />
cuyo punto de fusión es bajo (70-75ºC). Instalado en el condensador<br />
o en el tubo de líquido entre él y el aparato de medición. Al producirse<br />
una sobrepresión, con el derivado aumento de temperatura, el fusible<br />
metálico se funde, expulsando el refrigerante.<br />
35. Existen en la actualidad sistemas completamente automatizados,<br />
mediante los cuales se puede obtener información acerca del sistema,<br />
registrar comandos y protocolos de funcionamiento, detectar fallos<br />
del sistema o funcionamientos anómalos. Mediante tarjetas de interfaz<br />
es posible recoger toda esta información y centralizarla en un único<br />
puesto remoto desde el cual pueda controlarse la instalación. En las<br />
unidades que disponen de control microprocesado es posible obtener<br />
un histórico de las alarmas y comprobar las condiciones en las que<br />
funcionaba el sistema en el momento del fallo.<br />
36. La función de las torres de refrigeración en las instalaciones frigoríficas<br />
(cuando éstas usan condensadores refrigerados por agua) es la de<br />
enfriar el agua de refrigeración del condensador, que por su parte<br />
absorbe el calor que el refrigerante ha sustraído del local refrigerado.<br />
En el interior de las torres se produce transferencias de calor y masa<br />
del agua al aire sobre el que es pulverizada:<br />
643
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
• Cierta cantidad de agua se evapora (transferencia de masa) al<br />
poseer una temperatura elevada y entrar en contacto con aire<br />
seco. Para evaporarse necesita cierta cantidad de calor que absorbe<br />
de las gotas de agua que se encuentran a su alrededor, enfriándolas.<br />
• Por otra parte existe cierta cantidad de calor (del orden del 10%)<br />
que se transfiere directamente al aire por conducción-convección<br />
durante el contacto aire-agua.<br />
37. El siguiente esquema recoge la tipología de torres de refrigeración<br />
existente:<br />
• Según si la corriente de aire de refrigeración se produce de modo<br />
natural o existe algún elemento mecánico exterior que provoca<br />
dicha corriente.<br />
- Torres de circulación natural: aquéllas en las que la circulación<br />
del aire de refrigeración se produce de modo natural:<br />
• Torres atmosféricas: utilizan las corrientes de aire atmosférico<br />
(vientos).<br />
• Torres de tiro natural: en ellas se induce una corriente de<br />
aire generalmente vertical ascendente a través del flujo de<br />
agua que cae en sentido vertical descendente. La inducción<br />
se consigue con la construcción de chimeneas troncocónicas<br />
de gran altura y bases amplias. El agua calienta el aire interior<br />
que tiende a subir y crear una corriente de aire ascendente,<br />
favorecida además por la diferente densidad del aire a la<br />
entrada y salida de la torre.<br />
- Torres de tiro mecánico: en ellas existe algún elemento<br />
mecánico (ventilador) que fuerza a que la corriente de aire<br />
atraviese la lluvia de agua de refrigeración:<br />
• Torres de tiro natural asistido: son torres de tiro natural<br />
inducido en las que, para permitir disminuir el tamaño de<br />
la chimenea (sección y altura), se instalan unos ventiladores<br />
en la base abierta al exterior de la chimenea que se encargan<br />
de introducir aire fresco exterior en la chimenea y facilitan<br />
la corriente vertical de aire.<br />
• Torres de tiro mecánico: incorporan potentes ventiladores<br />
(en relación con las potencias de intercambio con las que<br />
trabajan) que, por sí mismos, son capaces de generar la<br />
corriente de aire que precisa el agua para ser refrigerada.<br />
• Torres de tiro mecánico forzado: los ventiladores se<br />
instalan en la entrada de aire.<br />
• Torres de tiro mecánico inducido: los ventiladores se<br />
instalan a la salida del aire.<br />
644
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
• Otras clasificaciones:<br />
- Según el flujo relativo de aire y agua:<br />
• Torres de flujo cruzado: en las que el flujo de aire y agua se<br />
cruzan según dos direcciones perpendiculares entre sí.<br />
• Torres de flujo a contracorriente: las direcciones de los<br />
caudales de aire y agua son iguales pero sus sentidos<br />
enfrentados.<br />
- Según la forma en la que el agua es distribuida:<br />
• Torres de relleno laminar: para ampliar la superficie de<br />
contacto entre aire y agua el agua es forzada a formar películas<br />
de pequeño espesor.<br />
• Torres de relleno de goteo: para lograr el mismo efecto el<br />
agua es pulverizada por difusores o forzada a chocar contra<br />
superficies que la dividen en finas gotas.<br />
38. Las torres de refrigeración usadas en instalaciones frigoríficas se<br />
componen, de modo general de las siguientes partes:<br />
• Sistema de Distribución de Agua: encargado de conducir el agua<br />
desde la balsa inferior de recogida de la torre de refrigeración<br />
hasta el punto de vertido superior de la misma, llevándola en el<br />
trayecto a través del condensador del sistema de refrigeración,<br />
tramo en el que absorbe el calor que debe evacuar en la torre de<br />
refrigeración. Existen sistemas de distribución de agua por gravedad<br />
y a presión.<br />
• Relleno: es la parte de la torre que se encarga de maximizar el<br />
intercambio de calor entre aire y agua actuando de dos formas:<br />
aumentando el tiempo en que ambos fluidos están en contacto<br />
y aumentando la superficie específica del flujo de agua. Existen<br />
varios tipos de rellenos:<br />
- Rellenos de goteo: Su funcionamiento se basa en la rotura<br />
de las masas de agua en gotas sucesivamente más pequeñas<br />
que presenten poca masa interior y faciliten la evaporación<br />
de parte de esas gotas a costa de un enfriamiento del resto<br />
de la gota.<br />
- Rellenos laminares: Su funcionamiento se basa en la<br />
consecución de que el flujo de agua moje la mayor superficie<br />
de relleno posible, de modo que el espesor de la capa de<br />
agua sea lo menor posible, disminuyendo así su capacidad<br />
para almacenar calor.<br />
- Rellenos mixtos: En ellos se presentan conjuntamente<br />
pulverización y laminación del agua de refrigeración.<br />
645
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
• Deflectores de aire: Son los elementos encargados de dirigir el<br />
aire de entrada hacia el interior de la torre y hacerlo pasar a través<br />
del relleno.<br />
• Eliminadores de gotas: Son elementos que impiden que el aire<br />
arrastre gotas al ambiente exterior, evitando consumos de agua<br />
innecesarios.<br />
• Chimenea: se instalan para favorecer (de un modo no mecánico)<br />
el flujo de aire a través de la torre.<br />
• Ventiladores: El ventilador es el equipo encargado de aportar el<br />
aire exterior a las torres de tiro mecánico. Fundamentalmente se<br />
usan dos tipos: axiales y centrífugos.<br />
39. La energía cedida por el agua en forma de masa y calor debe ser<br />
igual a la que absorbe la corriente de aire que atraviesa la torre. Dicho<br />
en modo de ecuación, la anterior afirmación se escribe como sigue:<br />
En la que:<br />
• L, representa el caudal másico de agua (kg/h)<br />
• c, es el calor específico del agua (igual a 1 KCal/Kg ªC, por lo<br />
que no se suele escribir en la ecuación)<br />
• T1 y T2, representan la temperatura de entrada y salida del agua<br />
de la torre respectivamente (ªC)<br />
• G, es el caudal másico de aire (Kg/h)<br />
• h1 y h2, son la entalpía del aire a la entrada y a la salida<br />
respectivamente (KCal/Kg)<br />
A partir de la ecuación característica de una torre de refrigeración<br />
se definen los siguientes términos:<br />
• El salto térmico es la diferencia de temperaturas entre el agua de<br />
entrada y el agua de salida (T1-T2).<br />
• El Acercamiento es la diferencia entre las temperaturas de salida<br />
del agua (T2) y la temperatura húmeda del aire (Th)<br />
• La Eficiencia ( )de una torre mide el rendimiento de la misma<br />
respecto a las condiciones de diseño (relación entre las condiciones<br />
reales alcanzadas en una torre y las máximas que teóricamente<br />
podría alcanzar):<br />
646
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
40. Según la ecuación característica de una torre de refrigeración:<br />
Despejando el caudal de aire, se llega a:<br />
Sustituyendo los valores del enunciado:<br />
En la fórmula se ha trabajado con unidades del sistema internacional<br />
y por ello el calor específico se ha tomado igual a 4,18 kJ/KgªC.<br />
La potencia del equipo se define como:<br />
Sustituyendo se obtiene la potencia del equipo:<br />
41. La siguiente lista recoge las labores de mantenimiento habituales en<br />
las torres de refrigeración:<br />
• Sistema de distribución de agua:<br />
- Limpieza de boquillas y pulverizadores.<br />
- Limpieza de la balsa de recogida, fondo y elementos de<br />
aspiración.<br />
- Comprobación del punto de funcionamiento de la bomba<br />
y lubricación del eje de transmisión.<br />
• Relleno:<br />
- Revisión del estado general y la acumulación de suciedad de<br />
todos los elementos.<br />
- Revisar su correcta ubicación para permitir el correcto flujo<br />
de aire y agua, y la no existencia de tensiones que puedan<br />
llevar a la fractura de alguno de ellos.<br />
• Deflectores y eliminadores de gotas:<br />
- Comprobar si algún panel está roto, deteriorado o mal<br />
colocado, así como la existencia de huecos o desalineamientos<br />
que permitan una pérdida excesiva de agua. Examinar los<br />
soportes y comprobar que no haya obstrucciones por depósitos<br />
o por crecimiento de algas.<br />
647
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
• Ventiladores:<br />
- En los ventiladores de álabes de posición orientable deberá<br />
revisarse y ajustarse periódicamente dicha posición.<br />
- En los ventiladores de álabes fijos hay que revisar el estado<br />
de la unión de los álabes con el eje ya que es el punto de<br />
mayor esfuerzo y por donde suelen romperse estos elementos.<br />
- En ambos casos habrá que revisar la presencia de suciedad<br />
sobre los álabes.<br />
• Tratamiento del agua de recirculación: Realizar revisiones y análisis<br />
periódicos sobre:<br />
- La acidez y alcalinidad del agua.<br />
- La aparición de incrustaciones.<br />
- La corrosión de las partes metálicas de la instalación.<br />
- Los crecimientos orgánicos.<br />
- Los filtros del sistema.<br />
42. El receptor de líquido tiene como función almacenar el refrigerante<br />
en estado líquido con el fin de asegurar la compensación de las<br />
variaciones de volumen de fluido del circuito debidas a las diferentes<br />
temperaturas de funcionamiento y permitir la compensación de<br />
aperturas y cierres de la válvula de expansión que suministra fluido<br />
al evaporador.<br />
43.<br />
• Válvula de expansión de tamaño superior al necesario.<br />
• El bulbo de la válvula de expansión no hace correctamente<br />
contacto en la línea de succión.<br />
• La válvula de expansión está mal ajustada o en posición abierta.<br />
• Sobrecarga de refrigerante en sistemas que usan tubo capilar.<br />
• Falta de carga en el evaporador.<br />
• Regreso de líquido al terminar el ciclo de deshielo con gas caliente.<br />
44. Acumulador de succión y se instala entre el evaporador y el compresor,<br />
donde existe la posibilidad de regreso de líquido por la línea de<br />
succión.<br />
45. La separación del aceite del fluido frigorígeno en un separador se<br />
obtiene mediante la combinación de tres procedimientos:<br />
• Cambios bruscos de dirección del flujo de gas: La inercia tiende<br />
a proyectar las gotas de aceite a lo largo de las paredes donde se<br />
decantan.<br />
648
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
• Reducción brusca de la velocidad del gas refrigerante: Las<br />
moléculas pesadas de aceite no pueden ser arrastradas por el<br />
fluido gaseoso.<br />
• Superficie de choque a la cual se va a adherir el aceite: Provocando<br />
el mismo efecto que los dos sistemas citados.<br />
46. El proceso por el que actúa la válvula de retorno de aceite:<br />
• Al pararse el compresor y subir la presión de aspiración se abre<br />
la lengüeta y permite el retorno del retorno del aceite que contiene<br />
el gas evaporado.<br />
• Al ponerse en marcha y descender la presión de aspiración en<br />
relación con la del cárter, dicha lengüeta queda cerrada y evita<br />
el bombeo de aceite.<br />
47. El aceite de retorno a los compresores debe depurarse previamente<br />
mediante filtros de malla metálica con el fin de retener las impurezas<br />
y asegurar la máxima calidad del aceite que lubrica el compresor.<br />
48. Los principales efectos de los contaminantes sólidos:<br />
• Rayar las paredes de los cilindros y los cojinetes.<br />
• Obstrucción de la válvula de termo expansión o del tubo capilar.<br />
• Alojarse en el devanado del motocompresor y actuar como<br />
conductores, creando corto circuito, o actuar como abrasivos en<br />
el aislante del alambre.<br />
• Depositarse en los asientos de las válvulas de succión o descarga,<br />
reduciendo significativamente la eficiencia del compresor.<br />
• Tapando los orificios de circulación de aceite en las partes móviles<br />
del compresor, provocando fallas por falta de lubricación.<br />
• Sirven como catalizadores (aceleradores) de la descomposición<br />
química de refrigerante y aceite.<br />
El refrigerante y el aceite deben mantenerse libres de contaminantes<br />
y humedad a lo largo de todo el ciclo, para evitar que se produzcan<br />
problemas de funcionamiento en la válvula de expansión, tubo capilar<br />
o compresor; por tanto, antes de la puesta en marcha de de la<br />
instalación debe eliminarse la humedad por vacío, durante el<br />
funcionamiento y para asegurar el funcionamiento óptimo se debe<br />
recoger y almacenar suciedad y humedad mediante filtros<br />
49. El indicador de líquido y humedad es un dispositivo que revela la<br />
presencia de exceso de humedad y permite comprobar la circulación<br />
de refrigerante líquido a través del visor. El indicador dispone de un<br />
papel filtro poroso que cambia de color en función de la presencia<br />
de exceso de humedad, el cambio será reversible, volviendo al color<br />
inicial una vez se ha eliminado la humedad.<br />
649
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
50. Atendiendo al Reglamento de Seguridad para Plantas e Instalaciones<br />
Frigoríficas queda prohibido el uso del cobre con el amoníaco.<br />
51. Las aleaciones de estaño para soldaduras blandas a temperaturas de<br />
servicio inferiores a -10º C.<br />
52. Las principales características y ventajas de la tubería de cobre son:<br />
• Resistencia a la corrosión.<br />
• Se fabrican sin costura.<br />
• Continuidad de flujo.<br />
• Facilidad de unión.<br />
• Fácil de cortar y de soldar.<br />
53. Las tuberías de cobre para las instalaciones frigoríficas tienen que<br />
estar deshidratadas, limpias y secas, en todo momento, tapar los tubos<br />
durante el suministro y ejecución de los trabajos evita la entrada de<br />
contaminantes.<br />
54. Con el fin de proteger las instalaciones contra la disipación de energía,<br />
se emplean materiales aislantes. Los materiales aislantes son malos<br />
conductores del calor; estos materiales poseen la característica de<br />
estar formados por celdillas o células cerradas que contienen aire<br />
seco o en reposo u otros gases con coeficientes de conductividad<br />
térmica muy reducida. La efectividad del material aislante provoca<br />
un ahorro energético en la instalación, ya que aislar de forma adecuada<br />
los elementos portadores de energía, ocasiona una reducción en las<br />
pérdidas, evita las condensaciones y facilita el mantenimiento de la<br />
temperatura en el interior de la cámara o tubería.<br />
55.<br />
• Presentar baja conductividad térmica.<br />
• Baja higroscopicidad.<br />
• Imputrescible.<br />
• Inodoro, con el fin de no transmitir olores a los alimentos<br />
contenidos en las cámaras frigoríficas.<br />
• No servir como alimento a parásitos.<br />
• Neutros químicamente frente a los otros materiales que deban<br />
estar en contacto con él.<br />
• Presentar resistencia a la compresión y a la tracción (cargas<br />
presentes en la formación de las cámaras).<br />
• Impermeable al agua, de modo que no pueda formarse vapor de<br />
agua o congelación de agua en el interior del aislante.<br />
650
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
• Presentar un comportamiento plástico, para adaptarse a la obras<br />
sin romperse.<br />
56. Fibra de vidrio, llana de roca, vidrio expandido o celular, espuma de<br />
vidrio, espumas de PVC, espumas de poliestireno (expandido o<br />
extruído), espumas de poliuretano, corcho, fibras de madera, fieltro,<br />
lana, seda, crin animal<br />
57. Un lubricante tiene por función disminuir el rozamiento entre dos<br />
materiales en contacto, facilitando el movimiento relativo de uno<br />
respecto al otro, evitando el excesivo aumento de temperatura entre<br />
ellos y reduciendo su desgaste.<br />
Dentro de las instalaciones frigoríficas, el compresor es el elemento<br />
con mayor necesidad de lubricación: pistón en el interior del cilindro,<br />
válvulas de aspiración y descarga, ejes en los cojinetes de fricción,<br />
paletas del rotor contra la cara interna del cuerpo en los compresores<br />
rotativos de paletas, excéntrica contra la cara interna del cuerpo en<br />
los compresores rotativos de tipo excéntrico, entre los engranajes<br />
que forman los ejes rotativos de los compresores de tornillo, etc.<br />
El lubricante además debe actuar como cierre hidráulico o tapón a<br />
las fugas del fluido comprimido, dada su mayor densidad relativa y<br />
la imposibilidad que presenta aquél para desplazarlo de los espacios<br />
reservados para el desplazamiento de los elementos mecánicos.<br />
58. Según su origen, los lubricantes se clasifican en: lubricantes de origen<br />
natural (animal, vegetal o mineral) y lubricantes de origen sintético.<br />
Los aceites de origen animal y vegetal se descomponen a altas<br />
temperaturas y no pueden ser refinados. En esas condiciones y al ser<br />
expuestos al régimen de una instalación frigorífica se comportan de<br />
modo inestable, tienden a formar ácidos y gomas, y además, se<br />
congelan fácilmente; por lo que no son adecuados para refrigeración.<br />
Los aceites minerales son derivados del petróleo. De entre ellos los<br />
de base nafténica (frente a los de base parafínica o aromática) son<br />
los que más se están utilizando en refrigeración, tras procesos de<br />
ultra-refinado ya que: fluyen mejor a bajas temperaturas, conservan<br />
mejor su viscosidad, producen menos depósitos de cera, los depósitos<br />
de carbón formados por estos aceites son ligeros, y se eliminan<br />
fácilmente, son más estables térmica y químicamente.<br />
Los aceites sintéticos se obtienen en laboratorio a partir de reacciones<br />
químicas. Se fabrican enfatizando las propiedades de miscibilidad<br />
con los refrigerantes, resistencia a bajas y a altas temperaturas,<br />
excelente poder lubricante, y 100% libres de cera. Existen varios tipos<br />
pero los que mejor resultado dan en refrigeración son los de<br />
polialquilenglicol (PAG) y los de poliol éster (POE).<br />
651
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
59. Un buen aceite para refrigeración debe reunir las cualidades que a<br />
continuación se listan:<br />
• Mantener su viscosidad a altas temperaturas.<br />
• Mantener buena fluidez a bajas temperaturas.<br />
• Ser miscible con los refrigerantes a las temperaturas de trabajo.<br />
• Tener buena (alta) capacidad dieléctrica.<br />
• No tener materia en suspensión.<br />
• No debe contener ácidos corrosivos o compuestos de azufre.<br />
• No formar depósitos de cera (flóculos) a las bajas temperaturas<br />
del sistema.<br />
• No dejar depósitos de carbón al entrar en contacto con superficies<br />
calientes dentro del sistema.<br />
• No contener humedad.<br />
• No formar espuma.<br />
• Ser química y térmicamente estable en presencia de refrigerantes,<br />
metales, aislamientos, empaques, oxígeno, humedad y otros<br />
contaminantes.<br />
60. Viscosidad<br />
Viscosidad es la resistencia a fluir que tienen los líquidos. A mayor<br />
viscosidad, mayor será la energía necesaria para hacer deslizar entre<br />
sí dos superficies lubricadas con el aceite. Es función de la temperatura<br />
a la que esté el lubricante; según desciende la temperatura, aumenta<br />
la viscosidad.<br />
Punto de escurrimiento<br />
El punto de escurrimiento es la temperatura más baja a la cual puede<br />
fluir un aceite. Por definición, el punto de escurrimiento es 3°C<br />
mayor que la temperatura a la cual el aceite cesa totalmente de fluir;<br />
es decir, el punto de escurrimiento es 3°C, arriba de la temperatura<br />
de congelación del aceite.<br />
Punto de floculación<br />
El punto de floculación es la temperatura a la cual un aceite empieza<br />
a formar depósitos de cera (flocular). Un aceite para refrigeración,<br />
no debe flocular al ser expuesto a la temperatura más baja del sistema<br />
de refrigeración.<br />
Número de neutralización<br />
El número de neutralización es una medida de la estabilidad de un<br />
lubricante y del grado de refinamiento al que ha sido sometido.<br />
652
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
Mide la cantidad de ácidos contenidos en el aceite y se obtiene según<br />
la cantidad de base que hay que añadirle para neutralizarlo (que la<br />
mezcla una acidez nula).<br />
Carbonización<br />
La carbonización es el proceso a través del cual, y por aplicación de<br />
calor, a un derivado del petróleo se le extraen todos sus elementos<br />
volátiles. Al cociente entre el peso del residuo seco que permanece<br />
tras la carbonización y el peso del fluido inicial es el valor de carbón.<br />
El residuo seco delata el origen del crudo y el valor de carbón el<br />
grado de refino de un aceite.<br />
61. Los aditivos se añaden a los lubricantes para mejorar algunas de sus<br />
características físicas, químicas o físico-químicas.<br />
Entre las propiedades físicas se suele mejorar la viscosidad y el punto<br />
de congelación. Entre las químicas, la tendencia a la oxidación y a<br />
la corrosión. Y entre las propiedades físico-químicas, el valor de<br />
carbón y el índice de floculación.<br />
62. Los refrigerantes o fluidos frigoríficos tienen por función tomar el<br />
calor del interior de los locales a refrigerar y transvasarlo al ambiente<br />
exterior.<br />
El calor se puede transportar en forma de calor latente o en forma<br />
de calor sensible. En el primer modo, el fluido sufre un cambio de<br />
estado (de líquido a vapor) para absorber calor y otro cambio (de<br />
vapor a líquido) para cederlo, los refrigerantes que trabajan de este<br />
modo se denominan frigorígenos.<br />
El calor se transporta de modo sensible cuando el refrigerante<br />
únicamente sufre un aumento de temperatura para absorber calor<br />
y un descenso para cederlo. Los refrigerantes en este caso se<br />
denominan frigoríferos.<br />
63. Presión de vapor<br />
Es conveniente que sea superior a la presión atmosférica para evitar<br />
que en las zonas de baja presión algún poro en la instalación provoque<br />
la entrada de aire y humedad en el circuito. Aparte de esta salvedad,<br />
es recomendable que sea lo más baja posible, de modo que la presión<br />
en el circuito no sea elevada.<br />
Presión de condensación<br />
Cuanto más baja sea, menos exigencias se le solicitará a las tuberías<br />
y elementos auxiliares de la instalación con el menor coste y las<br />
menores necesidades de mantenimiento que ello conlleva.<br />
Calor latente de vaporización<br />
El calor latente de vaporización del refrigerante relaciona la cantidad<br />
653
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
de calor que es necesario extraer del recinto a refrigerar con la<br />
cantidad de refrigerante que es necesario tener en la instalación. A<br />
mayor calor de vaporización, menor cantidad de refrigerante es<br />
necesaria para extraer una determinada cantidad de calor.<br />
El tamaño de las tuberías, válvulas, depósito de acumulación de<br />
líquido y compresor aumenta según aumenta la cantidad de<br />
refrigerante. Por ello es recomendable que el calor de vaporización<br />
sea lo más elevado posible.<br />
64. Los problemas que presenta el agua en la instalación son los siguientes:<br />
• El exceso de humedad puede congelarse a bajas temperaturas y<br />
restringir o detener el paso de refrigerante, a través de la válvula<br />
de expansión o del tubo capilar, dadas las reducidas secciones<br />
que estos elementos poseen.<br />
• El exceso de agua puede reaccionar con el refrigerante formando<br />
ácidos corrosivos, los cuales causarán atascamientos, corrosión,<br />
quemaduras del motocompresor, y en general, deterioro del<br />
sistema de refrigeración.<br />
65. Debido a los problemas que plantean los rozamientos entre partes<br />
mecánicas en movimiento, es imprescindible la presencia de lubricante<br />
en el compresor y que éste entre en contacto con el refrigerante a<br />
su paso.<br />
Para algunas de las partes de la instalación es recomendable que<br />
aceite y refrigerante sean solubles, y para otras, la solubilidad plantea<br />
inconvenientes.<br />
Como ventajas de la miscibilidad se tienen las siguientes:<br />
• La facilidad relativa que tiene el aceite para retornar al compresor.<br />
• La lubricación de todas las partes del sistema teniendo aceite<br />
únicamente almacenado en el compresor.<br />
En cambio, la miscibilidad presenta las siguientes desventajas:<br />
• La dilución del aceite en el cárter del compresor, que obliga a su<br />
reposición periódica para evitar la falta de lubricación cuando el<br />
nivel de aceite desciende.<br />
• La disminución de la transferencia de calor en el evaporador, al<br />
cambiar las propiedades físicas del refrigerante.<br />
• Problemas de control.<br />
66. El hielo, el agua y su vapor componen el primer refrigerante histórico<br />
usado como tal. Almacenando hielo o haciendo evaporar agua se<br />
conseguía mantener frías estancias o sustancias.<br />
654
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
En el siglo XVII, con las salmueras, se descubrió que era posible<br />
alcanzar temperaturas inferiores por tener éstas puntos de fusión<br />
más bajos que el agua. En el siglo XVIII se trabajaba ya con agua a<br />
presiones menores que la atmosférica para facilitar su evaporación<br />
y el enfriamiento que ello produce.<br />
En el siglo XIX se desarrollaron máquinas para la compresión de<br />
vapor y se probaron muchos fluidos como refrigerantes, entre los<br />
que sobresalieron el amoníaco (NH3), bióxido de carbono (CO2),<br />
bióxido de azufre (SO2), cloruro de metilo (CH3Cl) y en cierta<br />
medida, algunos hidrocarburos. A finales del siglo, la refrigeración<br />
mecánica estaba firmemente establecida.<br />
En las décadas siguientes, la atención fue orientada hacia el<br />
mejoramiento del diseño mecánico y la operación de los <strong>equipos</strong>. Se<br />
seguía, sin embargo, trabajando principalmente con el SO2, con los<br />
riesgos que su toxicidad y corrosividad. Otros refrigerantes resultaban<br />
muy inflamables.<br />
Sobre los años treinta del pasado siglo, se volvió a investigar duramente<br />
con el fin de encontrar refrigerantes que eliminaran los inconvenientes<br />
anteriores. Se desarrollaron los clorofluorocarbonados y los <strong>equipos</strong><br />
necesarios para que las instalaciones frigoríficas pudieran trabajar<br />
con ellos.<br />
Los clorofluorocarbonados marcaron el desarrollo de la industria<br />
frigorífica hasta los años 80, cuando se comprobó que al quedar libres<br />
en la atmósfera destruyen la capa de ozono de ésta.<br />
Desde entonces hasta ahora, normativa e industria han trabajado<br />
para desarrollar refrigerantes libres de cloro, trabajando primero en<br />
encontrar refrigerantes de sustitución que permitan usar los <strong>equipos</strong><br />
antiguo, y segundo, en hallar refrigerantes no peligrosos para el<br />
medio ambiente.<br />
El amoníaco, por su parte, ha seguido usándose desde su<br />
descubrimiento como refrigerante en las instalaciones industriales,<br />
donde su peligrosidad es más fácilmente controlable.<br />
67. El siguiente esquema resume las acciones principales a realizar para<br />
cargar de refrigerante una instalación frigorífica:<br />
• Debe haberse realizado con anterioridad la prueba de estanquidad<br />
del sistema y haberse vaciado la instalación del gas que se haya<br />
usado para realizar dicha prueba.<br />
• A continuación se crea el vacío en el interior de la instalación;<br />
para ello:<br />
- Se conecta un puente de manómetros en las válvulas de<br />
servicio del compresor.<br />
655
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
- Se conecta la bomba de vacío al orificio libre del puente de<br />
manómetros y se pone en funcionamiento hasta que se<br />
alcance la subpresión necesaria.<br />
• Se desconecta la bomba y se instala la botella o cilindro de carga<br />
y sus elementos accesorios necesarios para control de la cantidad<br />
de fluido metido.<br />
• Se abre la válvula del elemento de carga y se purga el aire del<br />
latiguillo de conexión antes de abrir la llave del puente.<br />
• Aportar calor a la botella de carga en caso necesario (para que<br />
no se congele el refrigerante en su interior).<br />
• Cuando se alcance en el interior de la instalación la presión<br />
necesaria, o cuando se haya introducido la cantidad óptima de<br />
refrigerante, se cierra la válvula de carga.<br />
68. Recuperación<br />
Remover el refrigerante de un sistema en cualquier condición que<br />
se encuentre, y almacenarlo en un recipiente externo, sin que sea<br />
necesario hacerle pruebas o procesarlo de cualquier manera.<br />
Reciclado<br />
Limpiar el refrigerante para volverlo a utilizar, para lo cual hay que<br />
separarle el aceite y pasarlo una o varias veces a través de dispositivos,<br />
tales como filtros deshidratadores de tipo recargable de bloques<br />
desecantes, lo cual reduce la humedad, la acidez y las impurezas. Este<br />
término, generalmente se aplica a procedimientos implementados<br />
en el sitio de trabajo, o en un taller de servicio local.<br />
Reproceso<br />
Reprocesar el refrigerante hasta las especificaciones de un producto<br />
nuevo por medios que pueden incluir la destilación. Esto requerirá<br />
análisis químicos del refrigerante, para determinar que se cumplan<br />
con las especificaciones apropiadas del producto. Este término,<br />
generalmente, se refiere al uso de procesos o procedimientos,<br />
disponibles solamente en instalaciones o plantas que tienen la facilidad<br />
de reprocesar o fabricar refrigerantes. Esto también abarca talleres<br />
de servicio que estén equipados con <strong>equipos</strong> altamente técnicos.<br />
69. Los siguientes criterios marcan el buen funcionamiento de una<br />
instalación de refrigeración.<br />
• Temperatura alcanzada y mantenida en el recinto refrigerado.<br />
• Temperatura de vaporización dentro del rango de diseño.<br />
656
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
• Temperatura de condensación dentro del rango de diseño.<br />
• Presión de descarga dentro del rango de diseño.<br />
• Subenfriamiento normal en el condensador.<br />
• Recalentamiento normal en el evaporador.<br />
• Diferencias de temperatura normales en los intercambiadores.<br />
• Potencia absorbida por el compresor dentro de los rangos de<br />
diseño.<br />
• Ningún ruido sospechoso ni vibraciones anormales.<br />
• Color del aceite y nivel normales.<br />
• Ninguna traza de grasa en el exterior del circuito.<br />
• Los otros criterios de buen funcionamiento son los ajustes correctos<br />
de los órganos de seguridad:<br />
- Presostato de alta presión.<br />
- Presostato de baja presión.<br />
- Presostato de aceite (eventual).<br />
- Termostato de desescarche.<br />
- Relé térmico de protección de los motores.<br />
- Temporizador anti-ciclos cortos.<br />
70. Para conocer el estado de una instalación, hay que realizar la<br />
comprobación de los siguientes puntos de control:<br />
• Temperatura del evaporador.<br />
• Presión de aspiración.<br />
• Temperatura de la cámara o espacio refrigerado.<br />
• Presión de alta.<br />
• Temperaturas de las líneas de aspiración y líquido.<br />
• Ruido de la válvula de expansión.<br />
• Tiempo de funcionamiento.<br />
• Ruidos extraños.<br />
71.<br />
• Llaves de carraca para acceder a las válvulas de aspiración y<br />
expulsión del compresor.<br />
• Juego de manómetros para alta y baja presión con sus<br />
correspondientes latiguillos de conexión.<br />
657
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
• Vacuómetro, para controlar los procesos de vaciado de la<br />
instalación.<br />
• Higrómetro.<br />
• Termómetro electrónico con sonda de contacto y sonda de<br />
temperatura ambiente.<br />
• Voltímetro y medidor de tenazas.<br />
• Kit de medida de acidez.<br />
• Anemómetro, en el caso de instalaciones que trabajen con<br />
evaporadores o condensadores de aire.<br />
72. Abocardador<br />
Se utiliza para generar un cono a 45º en el extremo libre de una<br />
tubería para permitir la unión entre tubería y accesorios, de manera<br />
que se facilita la estanquidad de la unión.<br />
Escariador<br />
Útil que sirve para suavizar los bordes de una tubería a la que se le<br />
ha realizado un corte.<br />
Vacuómetro<br />
Es el aparato que se utiliza para medir el vacío generado en una<br />
instalación.<br />
Cilindro de carga<br />
Se trata de un envase de volumen muy determinado usado para llenar<br />
instalaciones con la cantidad justa de fluido refrigerante.<br />
Para grandes instalaciones los cilindros vienen dotados con algún<br />
tipo de accesorio calefactor que impide que la botella se congele<br />
debido a la expansión del gas en su interior. Se acompañan con un<br />
manómetro para controlar la presión del refrigerante durante la<br />
carga<br />
Puente de manómetros<br />
Es un conjunto de dos manómetros, un colector de unión y varias<br />
válvulas de corte que permiten de un modo sencillo realizar las<br />
operaciones de carga y vaciado de refrigerante, y control de presiones<br />
de funcionamiento.<br />
Un manómetro controla la presión de alta mientras que el otro hace<br />
lo mismo con la de baja. Con las llaves de seccionamiento se puede<br />
cambiar la configuración del puente de modo que el mismo elemento<br />
se usa para todas las funciones descritas<br />
658
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
73. Alta presión de condensación<br />
• Aire o gases no condensables en la instalación.<br />
• Superficie del condensador demasiado pequeña.<br />
• Exceso de refrigerante en el sistema (acumulación de refrigerante<br />
en el condensador).<br />
• Regulación de condensación ajustada a una presión demasiado<br />
alta.<br />
• Temperatura de admisión del aire o del agua en el condensador<br />
demasiado elevada.<br />
• La bomba del condensador está averiada.<br />
• Caudal de agua insuficiente en el evaporador.<br />
• El circuito de líquido anterior o después de la válvula de expansión<br />
se encuentra obstruido (impurezas).<br />
• Presión de evaporación demasiado baja.<br />
• Temperatura del agua de enfriamiento excesiva.<br />
• Caudal de agua demasiado pequeño.<br />
• Sedimentos de suciedad en el interior de las tuberías de agua.<br />
• Bombas de agua de enfriamiento defectuoso o fuera de servicio.<br />
El compresor enfría, pero no para o funciona demasiado tiempo<br />
• El refrigerante no circula adecuadamente:<br />
- Válvula de líquido cerrada parcialmente.<br />
- Filtros obturados.<br />
- Válvula de solenoide obturada.<br />
- Línea de líquido o aspiración obturada.<br />
- Falta de refrigerante.<br />
- Válvula de expansión demasiado abierta o cerrada.<br />
- Sensor de la válvula de expansión descargado.<br />
- Válvula de expansión colocada en un lugar demasiado frío.<br />
• Compresor no apropiado:<br />
- Pérdida en las válvulas de aspiración.<br />
- Equipo de baja capacidad.<br />
• Falta de rendimiento por ser demasiado elevada la presión alta<br />
del sistema.<br />
659
MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
• Sobrecarga en el equipo:<br />
- Elevada carga térmica instantánea en la atmósfera refrigerada.<br />
- Fuga térmica en el recinto.<br />
- Compresor y evaporador pequeños.<br />
74. Recoger el refrigerante en el depósito<br />
Se consigue cerrando la llave de paso a la salida del depósito de<br />
recogida de líquido y esperando a que el manómetro de baja marque<br />
presión nula. En dicho momento se cierra la llave de aspiración del<br />
compresor y se para el compresor.<br />
Eliminar la humedad en una instalación frigorífica<br />
Los métodos para eliminar la humedad en las instalaciones frigoríficas<br />
se reducen a la instalación de filtros secadores y al vaciado de las<br />
mismas de sus fluidos refrigerante y lubricante, para limpiar tanto<br />
estos fluidos como la instalación en sí, sometiéndola a barridos con<br />
aire caliente, gases inertes y formación de vacío en su interior.<br />
Limpiar un circuito<br />
En función del contaminante a eliminar (agua, humedad o hidratos;<br />
o aceites y ácidos) se selecciona el disolvente a utilizar.<br />
La limpieza se efectúa por tramos. Con el circuito vacío de refrigerante<br />
se procede a:<br />
• Desconectar el compresor.<br />
• Desconectar las válvulas de expansión y regulación.<br />
• Desconectar el filtro deshidratador.<br />
• Desconectar elementos como el evaporador y el condensador<br />
para sectorizar la limpieza.<br />
• Limpiar los elementos singulares con disolvente y dejar secar.<br />
• Los tramos de circuito se someten sucesivamente a un barrido de<br />
disolvente presurizado con un gas inerte (generalmente nitrógeno):<br />
- Por una parte se conecta la botella con el nitrógeno a presión<br />
y el disolvente y por el otro extremo se conecta a un depósito<br />
o recipiente de recogida de los residuos.<br />
- Se abre la descarga de disolvente hasta que en el recipiente<br />
se recoja disolvente limpio.<br />
- Se cierra la descarga y se realiza un segundo barrido<br />
únicamente con nitrógeno, para eliminar el resto de<br />
disolvente.<br />
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MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS<br />
SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN<br />
• Cuando se ha realizado la limpieza de todos los elementos, se<br />
vuelven a conectar, se realiza el vacío, se carga de refrigerante y<br />
se pone de nuevo en funcionamiento.<br />
75. Las hojas de mantenimiento muestran todas las medidas y controles<br />
que debe realizar el técnico al visitar la instalación.<br />
Contienen una serie de huecos donde el mantenedor debe ir anotando<br />
las medidas de las diferentes magnitudes que va tomando “in situ”:<br />
presiones y temperaturas del refrigerante en distintas partes del ciclo,<br />
temperatura en el interior del recinto refrigerado, caudales y<br />
temperaturas del agua y/o aire de refrigeración,...<br />
Contienen además una relación con las comprobaciones que deben<br />
realizarse sin que de su ejecución se derive anotación numérica<br />
alguna, como son: revisar ausencia de fugas o corrosiones en puntos<br />
críticos, adecuada lubricación de las partes móviles visibles, adecuados<br />
niveles de refrigerante y de lubricante,...<br />
76. Del compresor se debe conocer:<br />
• Tipo y capacidad.<br />
• Tensiones e intensidades de funcionamiento en las condiciones<br />
de diseño.<br />
• Potencia eléctrica consumida en las condiciones de diseño.<br />
• Curvas de rendimiento y de potencia ante distintos regímenes de<br />
carga.<br />
• Presiones máximas y mínimas de funcionamiento.<br />
• Lubricantes que pueden ser usados.<br />
77. En el mantenimiento de instalaciones frigoríficas se debe prestar<br />
especial atención por la presencia de:<br />
• Riesgos eléctricos.<br />
• Riesgos originados por la existencia de refrigerantes tóxicos o<br />
inflamables.<br />
• Riesgos originados en la ejecución de soldaduras.<br />
• Riesgos originados por la presencia de depósitos y elementos a<br />
presión.<br />
• Riesgos originados por la presencia de elementos a altas y bajas<br />
temperaturas.<br />
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