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MODULO REFRIGERACION POR COMPRESION DE VAPOR Y OTROS SISTEMAS |
ING ANTONIO FAVIO OSPINO MARTINEZ
CANAL YOUTUBE: ANTONIO OSPINO
TABLA DE CONTENIDO DEL MODULO
1. DIAGRAMAS DE
MOLLIER APLICADOS A LOS REFRIGERANTES
2. DIAGRAMAS
APLICADOS AL CICLO BASICO DE REFRIGERACION
2.1. PROCESO IDEAL DE
EVAPORACION
2.3. PROCESO IDEAL DE
CONDENSACIÓN
2.4. PROCESO IDEAL DE
EXPANSION
2.5. COMPONENTES Y
LINEAS DEL CICLO BASICO DE REFRIGERACION POR COMPRESION DE VAPOR
2.6. DIAGRAMA PRESION
VS ENTALPIA TEÓRICO APLICADO AL CICLO BASICO DE REFRIGERACION
2.7. DIAGRAMA PRESION
ENTALPIA REAL DE UN PROCESO DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESION DE VAPOR.
2.8. FORMULAS DEL
CICLO BASICO POR COMPRESION DE VAPOR A PARTIR DEL DIAGRAMA DE MOLLIER
2.8.1. FORMULAS DEL
TRABAJO ESPECÍFICO Y POTENCIA MECÁNICA DEL COMPRESOR
2.8.3. SITUACION EN EL
ELEMENTO DE EXPANSION
2.8.5. FORMULAS DEL
COEFICIENTE DE RENDIMIENTO OPERATIVO DEL SISTEMA O COP
2.8.6. FORMULAS DE LA
POTENCIA FRIGORIFICA DEL COMPRESOR Y VOLUMEN DESPLAZADO O FLUJO VOLUMETRICO
2.8.7. CALCULO DEL
VOLUMEN REAL A ASPIRAR POR EL COMPRESOR
2.8.9. CALCULOS APOYADOS
EN PROGRAMAS
2.9. EFECTOS DE
SOBRECALENTAMIENTO Y SUBENFRIAMIENTO EN LA EFCIENCIA DE EQUIPOS
2.9.1. SOBRECALENTAMIENTO
DEL REFRIGERANTE A LA SALIDA DEL EVAPORADOR
2.9.2. SOBRECALENTAMIENTO
UTIL O DE EVAPORADOR ( USEFULL SUPERHEAT )
2.9.2.1. SOBRECALENTAMIENTO AMBIENTAL,
ADICIONAL O DE LINEA DE SUCCION
2.9.2.2. SOBRECALENTAMIENTO TOTAL
2.9.2.3. COMO INFLUYEN LOS
SOBRECALENTAMIENTOS EN LA EFICIENCIA DEL CICLO DE REFRIGERACION
2.9.3. SUBENFRIAMIENTO
DEL LIQUIDO REFRIGERANTE A ALTA PRESION
2.9.3.1. SUBENFRIAMIENTO
DEL REFRIGERANTE EN EL CONDESADOR
2.9.3.2. SUBENFRIAMIENTO
ADICIONAL DEL REFRIGERANTE EN LA LINEA DE LIQUIDO
2.9.3.3. SUBENFRIAMIENTO
TOTAL
2.10. INTERCAMBIADORES DE CALOR
2.10.2. EFICIENCIA EN LOS
INTERCAMBIADORES DE CALOR EN UN EQUIPO DE REFRIGERACION
2.11. PRESIONES DE TRABAJO EN EQUIPOS
DEPENDIENDO DE NORMAS ESTABLECIDAS.
3.1.1. OBSTRUCCIÓN
COMPLETA DEL FLUJO DE REFRIGERANTE EN EL CICLO
3.1.2. BAJA CARGA DE
REFRIGERANTE EN EL CICLO
3.1.3. EXCESO DE CARGA
DE REFRIGERANTE EN EL CICLO
3.1.4. PROBLEMAS DE
CONDENSACIÓN EN EL CICLO
3.1.5. PROBLEMAS DE
EVAPORACION EN EL CICLO
4. SISTEMAS DE REFRIGERACION POR
COMPRESION DE VAPOR.
4.1.1. SISTEMA DE
EXPANSION DIRECTA
4.1.2. SISTEMA CON
EVAPORADOR INUNDADO
4.1.3. SISTEMA CON
EVAPORADOR INUNDADO RECIRCULADO
4.1.5. SISTEMAS
MULTIETAPAS CON CAMARA DE MEZCLA
4.1.6. SISTEMAS
MULTIETAPAS SIN CAMARA DE MEZCLA
4.2. CICLO DE
REFRIGERACION POR ABSORCION.
4.2.1. ABSORCION CON
AMONIACO Y AGUA
4.2.2. ABSORCION CON
LITIO BARIO O BROMURO DE LITIO Y AGUA
4.3. ETAPAS DEL
PROCESOS DE REFRIGERACION
4.3.2. PROCESO DE
DESCONGELACION O DESHIELO
4.3.3. SISTEMAS DE
DESCONGELACION O DESHIELO
4.3.3.3. GAS CALIENTE PARA
UN SISTEMA CON UN SOLO COMPRESOR Y UN SOLO EVAPORADOR
4.4. MEDICION DE
PRESIONES EN UN SISTEMA
4.4.1. INSTRUMENTO PARA
MEDIR PRESIONES EN LOS SISTEMAS DE REFRIGERACION
4.4.3. PUERTOS PARA
MEDIR PRESIONES EN UN SISTEMA DE REFRIGERACION O CLIMATIZACION.
4.4.3.1. VALVULA CARGA TIPO ROTALOCK O
ROTOLOCK
5. MEDICION DE
TEMPERATURAS EN UN SISTEMA
REFRIGERACION POR COMPRESION DE VAPOR Y OTROS SISTEMAS
1. DIAGRAMAS DE MOLLIER APLICADOS A LOS REFRIGERANTES
De lo visto anteriormente cada
refrigerante posee un diagrama T-S y P-H diferentes. Lo que nos importas ahora
son las presiones con sus respectivas temperaturas de saturación, que para el
caso es la misma de evaporación, condensación o cambio de estado. De estos
diagramas se derivan las famosas tablas de presión temperatura que se conocen:
Entre las principales aplicaciones de esta
tabla esta la identificación de refrigerantes, para ello tenga en cuenta:
·
Verificar
las actas o registros de importación
·
Que
el refrigerante traiga su MSDS u hoja de vida.
·
Que
el tanque no posee pinturas en mal estado.
·
Que
el refrigerante contenga mas del 40% del peso original del mismo.
El principio del proceso radica en que el
refrigerante al estar confinado en el tanque, hay presencia de los dos estados
( liquido y vapor ).
Al adicionarle calor, y como la mezcla
tiene el mismo volumen, el punto A se mueve sobre la línea de volumen constante
o ISOCÓRICA hasta llegar a una nueva presión, con nueva temperatura de
saturación en la zona de mezcla.
En el caso que se vaya utilizando el
refrigerante habrá mayor presencia del estado vapor del refrigerante en
relación con el estado líquido, por tanto, su punto de desplaza hacia la derecha
del diagrama:
Para comenzar el proceso de identificación
y/o comprobación de refrigerantes se realiza de la siguiente forma:
Conecte la
manguera roja del juego de manómetros al puerto del tanque refrigerante y con
un termómetro, mida la temperatura del tanque y registre ese valor; para el
caso 30º C.
Abra la
válvula del tanque refrigerante hasta que se marque la presión en el manómetro
tal como se muestra y registre ese valor con su respectiva unidad; para el caso
160 Psig.
Con el valor
medido de la temperatura del tanque ( 30 º C ), y con el tipo de refrigerante (
para el caso R-22 ) nos vamos a la tabla de presión – Temperatura para
verificar cuanto seria la presión para esa temperatura; para este caso 158, 2
Psig.
Se compara el valor de la presión obtenido
en las tablas con el valor de presión medido; en este caso, ambas presiones son
prácticamente las mismas, por tanto, se tiene la seguridad que el refrigerante
es el que dice el rótulo
Si hay una diferencia apreciable entra los
valores de las presiones, se recomienda analizar el tanque con un analizador de
gases electrónico
Ver videos:
2.
DIAGRAMAS
APLICADOS AL CICLO BASICO DE REFRIGERACION
Para partir del análisis del ciclo de
refrigeración, se parte de la temperatura de diseño, que en este caso es la
temperatura mínima del recinto o espacio refrigerado. En el recinto, el
refrigerante debe estar a menor temperatura ( alrededor de 5 a 10 grados
Celsius ) de forma que pueda absorber calor, para hacer u proceso más
eficiente, el refrigerante cambia de estado en ese proceso, evaporándose. Por
eso, este accesorio se denomina EVAPÒRADOR.
2.1.
PROCESO
IDEAL DE EVAPORACION
En este proceso, el refrigerante entra al
evaporador a baja presión, baja temperatura y por lo general en una mezcla de
mayoría líquido en relación con la presencia de vapor. El calor del recinto es absorbido
por el refrigerante que se evapora en el proceso.
Veamos ahora, el proceso de evaporación paso
a paso:
El refrigerante al entrar al evaporador en
una mezcla de líquido más vapor a baja presión y baja temperatura ( punto B ),
comienza a absorber el calor del recinto y el líquido refrigerante comienza a
evaporarse, llegando al punto de saturación de vapor ( punto C ) donde es
completamente vapor al 100%. La condición del refrigerante en este punto es la
de vapor saturado.
El refrigerante desde la condición de
vapor saturado ( punto C ), sigue absorbiendo calor en el evaporador y por eso
aumenta su temperatura ( punto D ). Este incremento en su temperatura es lo que
se denomina Sobrecalentamiento de evaporador o útil. La condición del
refrigerante en este punto es la de vapor sobrecalentado.
En resumen, con relación al comportamiento
del refrigerante a la entrada y salida del proceso de evaporación se tiene:
Ver video:
OBS: Si desea calcular la presión de
succión del sistema, siga los siguientes pasos:
·
Determine
la temperatura de evaporación con la fórmula:
Temp Evaporación =
Temp mínima de recinto – 5º C ( Para enfriamiento de líquido )
Temp Evaporación =
Temp mínima de recinto – 7º C ( Para enfriamiento de aire convección forzado )
Temp Evaporación =
Temp mínima de recinto – 10º C ( Para enfriamiento de aire convección natural )
·
Con
la temperatura de evaporación , vaya a una tabla de presión – temperatura y,
con el refrigerante deseado, halle su presión de succión.
Con respecto a los cambios en los
parámetros del proceso de evaporación en un diagrama de Mollier, se tienen:
Ahora, todo ese calor que ha absorbido el
refrigerante hay que expulsarlo al ambiente que está a una mayor temperatura,
para ello, hay que llevar la presión del refrigerante a una alta presión que le
asegure una alta temperatura mayor a la del ambiente. Este trabajo es realizado
por el COMPRESOR.
2.2.
PROCESO
DE COMPRESION
El proceso inicia cuando el compresor
succiona el vapor refrigerante a baja presión, baja temperatura en estado vapor
que viene del evaporador, donde lo comprime, incrementando su presión y su
temperatura.
El refrigerante en estado vapor a baja
temperatura y baja presión sale del evaporador ( punto D ) y gana algo de calor
en la tubería de succión donde experimenta un incremento de su temperatura,
entrando al compresor( punto E ). La condición del refrigerante a la de vapor
sobrecalentado
El refrigerante en estado vapor a baja
temperatura y baja presión que entra al compresor ( punto E ) experimenta un
proceso de compresión Isoentrópico y Adiabático, saliendo del mismo a una alta
presión, alta temperatura y estado vapor en el punto A. La condición de salida
del refrigerante en este punto es la de Vapor Sobre calentado y de allí sigue
su camino al condensador
El refrigerante sale en estado de vapor sobrecalentado hacia el condensador.
Ver video:
2.3.
PROCESO
IDEAL DE CONDENSACIÓN
Ahora hay que descargar todo ese calor al
ambiente, en este proceso de descarga de calor, el refrigerante se condensa. El
accesorio donde ocurre este proceso se denomina CONDENSADOR.
Veamos el proceso de condensación paso a
paso:
El refrigerante en estado vapor a alta
temperatura y alta presión sale del compresor ( punto A ) y pierde algo de
calor en la tubería de descarga donde experimenta una ligera reducción de su
temperatura, entrando al condensador ( punto B ). La condición del refrigerante
a la salida del compresor y entrada del condensador es la de vapor
sobrecalentado
El refrigerante al entrar al condensador (
punto B ), comienza a disipar el calor del refrigerante llegando al punto de
saturación de vapor ( punto C ) y comienza el proceso de condensación. La
condición del refrigerante en este punto es la de vapor saturado.
El refrigerante desde el punto de
saturación de vapor ( punto C ), sigue perdiendo calor y el refrigerante sigue
experimentando condensación hasta llegar al punto de saturación de líquido
donde el refrigerante es completamente líquido ( punto D ). La condición del
refrigerante en este punto es la de líquido saturado.
El refrigerante desde la condición de
líquido saturado en el condensador, sigue perdiendo calor y por eso reduce su
temperatura ( punto E ). Esta reducción en su temperatura es lo que se denomina
Subenfriamiento de condensador. La condición del refrigerante en la salida del
condensador es la de líquido subenfriado.
En resumen, con relación al comportamiento
del refrigerante a la entrada y salida del proceso de condensación se tiene:
Con respecto a los cambios de los
parámetros del proceso de condensación en un diagrama de Mollier, se tienen:
Ver video:
OBS: Si desea calcular la presión de
descarga del sistema, siga los siguientes pasos:
·
Determine
la temperatura de condensación con la fórmula:
Temp Condensación
= Temp del liquido de enfriamiento + 10º C ( Si el medio de enfriamiento es un
liquido )
Temp Condensación
= Temp máxima del aire sitio + 15º C ( Si el medio de enfriamiento es el aire )
·
Con
la temperatura de condensación, vaya a una tabla de presión – temperatura y,
con el refrigerante deseado, halle su presión de descarga.
Ver video:
2.4.
PROCESO
IDEAL DE EXPANSION
Mas tarde el refrigerante en estado líquido
y a alta presión que sale del condensador, debe llegar nuevamente al
evaporador, para ello pasa por unas restricciones o reductores cuya función es
la de disminuir la presión del refrigerante y por ende su temperatura para
llegar nuevamente al evaporador y continuar con el ciclo.
El refrigerante en estado líquido a media
temperatura y alta presión entra en la válvula de expansión ( punto A ) y
realiza una expansión isoentálpica, donde experimenta una reducción de su
presión y temperatura, saliendo en una mezcla en su mayoría líquida y otra
parte en forma vapor ( punto B )
En este proceso, a menor presión de
salida, menor será la temperatura del refrigerante y mayor será la presencia de
refrigerante en estado gaseoso o Flash Gas
En resumen, en relación al comportamiento
del refrigerante a la entrada y salida del proceso de expansión se tiene:
Con respecto a los parámetros que cambian
en el proceso de expansión, en un diagrama de Mollier, se tiene:
Ver video:
2.5.
COMPONENTES
Y LINEAS DEL CICLO BASICO DE REFRIGERACION POR COMPRESION DE VAPOR
En el ciclo básico de compresión de vapor,
desde el punto de vista de las presiones, se pueden identifican dos zonas; la de presión
alta que va desde la salida del compresor hasta la entrada de la válvula de
expansión y la zona de presión baja que va desde la salida de la válvula de
expansión hasta la entrada del compresor.
Veamos estas condiciones representadas en
un diagrama de Mollier P Vs h:
Desde el punto de vista de los estados del
refrigerante se identifican tres zonas:
Veamos estas condiciones en un diagrama de
Mollier P Vs h:
En
el esquema se identifican las siguientes líneas:
LINEA
DE DESCARGA: Ubicada entre la salida del compresor y la entrada del
condensador. Se caracteriza por que el refrigerante está a alta presión, alta
temperatura y estado gaseoso.
LINEA
DE LIQUIDO ALTA PRESION: Ubicada entre la salida del condensador y la entrada
del elemento de expansión. Se caracteriza porque el refrigerante esta con alta
presión, temperatura media a alta y estado líquido.
LINEA
DE MEZCLA BAJA PRESION: Ubicada entre la salida del elemento de expansión y la
entrada del evaporador. Se caracteriza porque el refrigerante esta a baja
presión, baja temperatura y una mezcla entre liquido y vapor.
LINEA
DE SUCCION: Ubicada entre la salida del evaporador y la entrada del compresor.
Se caracteriza porque el refrigerante está en estado gaseoso, baja presión y
baja temperatura.
Los elementos del ciclo básico por
compresión de vapor son:
COMPRESOR: Es el corazón del sistema,
entre sus funciones básicas están:
·
Bombear
el refrigerante por el sistema.
·
Aumentar
la presión del gas refrigerante y por ende su temperatura.
CONDENSADOR: Su función básica es la
disipar el calor que el refrigerante ha adquirido en el evaporador, compresor y tuberías de succión, en el
proceso el refrigerante cambia del estado gaseoso al liquido con poca o mínima
variación de su presión.
ELEMENTO DE EXPANSION: Su función es la de
disminuir la presión del liquido refrigerante y por ende su temperatura. En ese
proceso y debido al cambio de presión, parte del lìquido refrigerante se
evaporara ( flashing ).
EVAPORADOR: Su función básica es la
adquirir o absorber el calor del recinto o sustancias del mismo y pasárselo al
refrigerante, que por acción de esta absorción de calor dicho refrigerante
cambia del estado líquido al gaseoso con poca variación de su presión.
Para un correcto análisis de un ciclo de
refrigeración es necesario conocer las condiciones de presion, temperatura y
estado del refrigerante a la entrada y salida de cada componente, para su
ubicación correcta en el diagrama de Mollier, que permita su posterior análisis
y cálculos en el mismo.
Veamos estos puntos representados en el
diagrama de Mollier PVs h:
Ver videos:
2.6.
DIAGRAMA PRESION VS
ENTALPIA TEÓRICO APLICADO AL CICLO BASICO DE REFRIGERACION
A continuación, vamos a la construcción
del ciclo ideal de refrigeración en un diagrama de Mollier. Para ello hay que
partir de un punto en específico y hemos elegido cuando el refrigerante entra
al compresor.
El refrigerante en estado vapor a baja
temperatura y baja presión que entra al compresor ( punto J ) experimenta un
proceso de COMPRESIÓN Isoentrópico y Adiabático, saliendo del mismo a
una alta presión, alta temperatura y estado vapor en el punto A. La condición
de salida del refrigerante en este punto es la de Vapor Sobrecalentado y de
allí sigue su camino al condensador
El refrigerante al entrar al condensador (
punto B ), comienza a disipar el calor del refrigerante llegando al punto de
saturación de vapor ( punto C ) y comienza el proceso de CONDENSACIÓN.
La condición del refrigerante en este punto es la de vapor saturado.
El refrigerante al entrar al evaporador en
una mezcla de líquido más vapor a baja presión y baja temperatura ( punto G ),
comienza a absorber el calor del recinto y el líquido refrigerante comienza a
evaporarse, llegando al punto de saturación de vapor ( punto C ) donde es
completamente vapor al 100%. La condición del refrigerante en este punto es la
de vapor saturado.
El refrigerante después que sale del
evaporador ( punto I ), sigue su camino por la tubería de succión hacia el
compresor; pero por estar con baja temperatura, el medio le suministra calor a
este refrigerante incrementado aún más su temperatura ( punto J ). Este
incremento adicional de temperatura que ocurre en la línea de succión desde la
salida del evaporador hasta la entrada del compresor, se le denomina
Sobrecalentamiento Ambiental, Adicional o de Línea de Succión.
Ver video:
2.7.
DIAGRAMA
PRESION ENTALPIA REAL DE UN PROCESO DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESION DE VAPOR.
Debido a que los procesos son reales, el
diagrama teórico tiene cierta variación resultado de factores como pérdida de
presión, calor cedido al ambiente, calor ganado del ambiente, etc.
Un trabajo de compresión ideal, va
paralelo a la líneas de entropía constantes dibujadas en azul en la figura
anterior, y un proceso real tiene una inclinación a la derecha dependiendo del
grado de irreversibilidad del proceso, obteniendo una mayor cantidad de trabajo
de compresión y una mayor temperatura de descarga. A la salida de la
compresión, el refrigerante experimenta una pequeña expansión que se observa en
una caída ligera de la presión del mismo.
Al pasar el refrigerante a la línea de
descarga, en un proceso ideal, se pierde un poco de temperatura a presión
constante, por eso la línea es horizontal, como se observa en el diagrama, pero
en un sistema real hay una ligera pérdida de presión en la tubería, por lo que
se representa con una línea inclinada, tal como se observa:
En un sistema real, el refrigerante entra
al condensador a una presión ligeramente mayor a la que se tendría en un
sistema ideal y saldría a una presión ligeramente inferior a la que se tendría
en un sistema ideal. El promedio entre la presión de entrada y la presión de
salida en un sistema real sería el valor de la presión de condensación en un
sistema ideal
El
refrigerante al salir del condensador entra en la tubería de líquido a alta
presión, llega con una presión menor en relación a un sistema ideal y sale con
una presión menor por las pérdidas en tuberías y accesorios, tal como se
observa:
En un ciclo ideal, el refrigerante entra
al elemento de expansión a la misma presión de condensación y sala a la presión
y temperatura de evaporación dados para después entrar en el evaporador donde
el refrigerante sale a la misma presión de evaporación. En un ciclo real, el
refrigerante entra con una presión inferior a la de condensación y sale con una
presión superior a la de evaporación, para después entra en el evaporador donde
sufre otra caída de presión y el refrigerante sale con una presión inferior a
la presión de condensación.
En un proceso ideal, al entrar el
refrigerante en la línea de succión lo hace a la presión de evaporación; en un
sistema real, el refrigerante entra con una presión menor a la de evaporación y
sufre una caída de presión adicional en la tubería de succión, tal como se
muestra:
Aquí tenemos representados el ciclo real
en color rojo y el ciclo real e color negro. Las conclusiones de análisis son:
Si se va a comparar los dos ciclos se
tiene:
·
Se
poseen flujos masicos iguales o muy similares.
·
El
COP de enfriamiento real es menor que el COP de enfriamiento ideal.
·
La
potencia de consumo real del compresor es superior a la potencia de consumo
ideal.
·
Las
caídas de presión del refrigerante en los accesorios de baja presión impactan
significativamente el rendimiento del equipo
Ver video:
2.8.
FORMULAS
DEL CICLO BASICO POR COMPRESION DE VAPOR A PARTIR DEL DIAGRAMA DE MOLLIER
De la primera ley de la termodinámica se
tiene que:
0 =
0 = qvc
– wvc + ( h + ( ½ ) V2 + g Z ) entra – ( h + (
½ ) V2 + g Z )sale
( h + ( ½ ) V2
+ g Z )sale - ( h + ( ½ ) V2 + g Z ) entra = qvc
– wvc
Despreciando los cambios de energía
cinetica y potencial se tiene que:
hSALE –
hENTRA = qvc – wvc
Para la anterior ecuación considere que:
|
El calor
suministrado al sistema ( qH ) se considera positivo |
El trabajo
suministrado al sistema ( W ) se considera negativo |
|
El calor
extraído al sistema ( qL ) se considera negativo |
El trabajo
efectuado por el sistema ( W ) se considera positivo |
Ahora se determinan las fórmulas para el
cálculo de los calores y trabajos específicos en el ciclo de refrigeración,
para ello se identifican los puntos de entrada y salida de los componentes:
Ahora se dibuja el ciclo en un diagrama de
Mollier:
Para cada proceso se aplica la primera ley.
2.8.1.
FORMULAS
DEL TRABAJO ESPECÍFICO Y POTENCIA MECÁNICA DEL COMPRESOR
Empecemos por analizar el proceso de
compresión.
En el compresor se aplica trabajo externo
para su operación, por tanto es negativo ( - w ); no se suministra ni
extrae calor del refrigerante, por tanto
q = 0. Aplicando la formula:
hSALE –
hENTRA = qvc – wvc
En conclusión,
el trabajo especifico del compresor viene dado por la expresión:
wCOMP = ( hSalida Compresor – hEntrada Compresor
)
Con respecto a la potencia mecánica del
compresor, está en función del trabajo específico y del flujo masico del
sistema, por tanto:
WCOMP =
wCOMP * Flujo Másico
WCOMP = ( hSalida Compresor – hEntrada Compresor ) *Flujo Masico
2.8.2.
FORMULAS
DEL CALOR ESPECIFICO RECHAZADO EN EL CONDENSADOR Y POTENCIA CALORIFICA DEL CONDENSADOR
Ahora analizaremos el proceso de
condensación.
En el condensador no se suministra ni
extrae trabajo al refrigerante, por tanto w = 0, se extrae calor del
refrigerante, por tanto su calor es negativo ( - q ). Aplicando la formula:
hSALE –
hENTRA = qvc – wvc
En conclusión, el calor específico
disipado por el condensador, viene dado por la expresión:
qCOND = ( hEntrada Condensador – hSalida
Condensador )
Con respecto a la potencia térmica del
condensador, está en función del calor específico disipado y del flujo masico
del sistema, por tanto:
QCOND =
qCOND *Flujo Másico
QCOND =
( hEntrada Condensador – hSalida
Condensador ) * Flujo Másico
2.8.3.
SITUACION
EN EL ELEMENTO DE EXPANSION
Ahora analizaremos el proceso de
expansión, que es un proceso muy especial. En el elemento de expansión no se
aplica ni extrae trabajo al refrigerante, por lo tanto, w = 0, ni tampoco se
extrae ni se suministra calor, por tanto q = 0, por tanto, según la fórmula:
hSALE – hENTRA = qvc
– wvc
En conclusión:
hEntrada Elemento Expansión = hSalida Elemento Expansión
2.8.4.
FORMULAS
DEL CALOR ADMITIDO EN EL EVAPORADOR Y POTENCIA O CAPACIDAD FRIGORIFICA DEL
EVAPORADOR
A continuación, analizaremos el proceso de
evaporación. En el evaporador no se administra ni extrae trabajo al
refrigerante, por tanto w = 0, pero si se suministra calor al mismo, por tanto
su calor es positivo ( q ). Según la fórmula:
hSALE – hENTRA = qvc
– wvc
En conclusión, el calor específico que
absorbe el evaporador, viene dado por la expresión:
qEVAP = ( hSalida Evaporador – hEntrada
Evaporador )
Con respecto a la potencia o capacidad
frigorífica del evaporador, está en función del calor específico disipado y del
flujo masico del sistema, por tanto:
QEVAP =
qEVAP * Flujo Másico
QEVAP =
( hSalida Evaporador – hEntrada Evaporador
) * Flujo Masiso
2.8.5.
FORMULAS
DEL COEFICIENTE DE RENDIMIENTO OPERATIVO DEL SISTEMA O COP
Con respecto a la eficiencia operativa del
ciclo o COP, en el ciclo, el rendimiento ( COP ) viene
expresado por la relación del calor que
absorbe el mismo ( qEVAP ) entre el
trabajo ejercido en el ciclo (wCOMP ):
C O P = qEVAP / wCOMP
Recordemos que:
qEVAP = hSalida Evaporador – hEntrada Evaporador
wCOMP = hSalida compresor – hEntrada Compresor
Por tanto;
COP = ( hSalida evaporador – hEntrada evaporador
)/ ( hSalida compresor – hEntrada Compresor )
2.8.6.
FORMULAS
DE LA POTENCIA FRIGORIFICA DEL COMPRESOR Y VOLUMEN DESPLAZADO O FLUJO
VOLUMETRICO
La potencia o capacidad frigorífica del
compresor ( PFCOMP ) es la capacidad que tiene el compresor para
mover o manejar la cantidad de energía calorífica que el refrigerante ha
obtenido desde que sale del elemento de expansión hasta su llegada al compresor
( el calor absorbido en la línea de baja presión del sistema ) ; este
incremento de energía influye en el volumen específico del refrigerante, que
junto con el flujo masico requerido, determinan su flujo volumétrico .
Es un valor que se usa mucho como forma de
facilitar la selección del compresor, de acuerdo a los requerimientos del
sistema en relación a su capacidad de absorción de calor y en función del flujo
másico que debe mover el compresor.
Debido a que el refrigerante también
absorbe calor en la línea de succión, la potencia frigorífica del compresor es
de un 7% a un 10% ,mayor que la potencia frigorífica o capacidad del
evaporador.
Por tanto:
qBAJA PRESION = ( hEntrada
Compresor – hSalida Elemento Expansión )
PFCOMP =
PFCOMP = Flujo Masico*
PFCOMP = Flujo Masico*
Con relación al volumen desplazado o flujo
volumétrico del compresor, se tiene que:
VDCOMP
= νRefrigerante a la entrada del compresor* Flujo Másico
Ver video:
Para el ejemplo trabajemos con el
refrigerante R-134ª, para un sistema con temperatura mínima de recinto de -5º
C, temperatura ambiente de 30º C, subenfriamiento de condensador 3º C y
subenfriamiento adicional 2º C grados , recalentamiento útil de 5º C y
recalentamiento ambiental de 10º C.
Lo importante ahora es calcular las
presiones de descarga y succión del equipo. Para hallar la presión de alta,
recuerde que la temperatura de saturación del refrigerante en el condensador
debe ser de 10ºC a 15ºC por encima de la del ambiente, por lo tanto:
Temp saturación a
presión alta = Temp ambiente + 15º C = 30º + 10º = 40 ºC
Para hallar la presión de baja, recuerde
que la temperatura de saturación del refrigerante en el evaporador debe ser de 5º
a 10ºC por debajo de la del espacio refrigerado, por lo tanto:
Temp saturación a
presión baja = Temp espacio refrigerado - 5º C = -5º - 5º = -10 ºC
Con estos valores de temperaturas, nos
vamos a las tablas de presión – temperatura para hallar las presiones:
Ahora se calculan las temperaturas a la
entrada y salidas de los componentes del ciclo:
Se ubican estos puntos en el esquema del
ciclo:
Se obtienen los valores de las entalpías
específicas de los puntos del diagrama:
Ahora se hacen los cálculos por proceso:
Para hallar la cantidad de calor que
absorbe el refrigerante por unidad de masa en el evaporador o calor especifico
del evaporador ( proceso del punto E/F al punto G ) se hallan la diferencia de
sus entalpias especificas:
De la primera ley de la termodinámica:
qEVAP = hSalida evaporador – hEntrada evaporador
qEVAP = hG – hE/F
qEVAP = 395 – 248 = 147 Kj/kg
Para hallar el trabajo mecánico que se
aplica al refrigerante por unidad de masa en el compresor o trabajo específico
del compresor ( proceso del punto H al punto A ) se hallan la diferencia de sus
entalpias especificas:
De la primera ley de la termodinámica:
wCOMP = hSalida compresor – hEntrada Compresor
wCOMP = hA – hH
wCOMP = 440,6 – 404,4= 36,2 Kj/kg
Para hallar el valor de la potencia
frigorífica del compresor, , se parte de encontrar el valor de la diferencia
entre el valor de la entalpía específica del refrigerante a la entrada del
compresor, menos el valor de la entalpía específica del refrigerante a la salida
del elemento de expansion. El resultado se multiplica por el flujo másico del
sistema:
PFCOMP
= ( hEntrada compresor – hEntrada
evaporador )*𝒎 ̇
Reemplazando los valores:
PFCOMP
= ( 404,4 – 248 )*0,0136 kg/Seg = 2,12 kWatt
El condensador tiene que evacuar el calor
que el refrigerante adquirió en el evaporador, tuberías de succion y en el
proceso de compresión. Para hallar la cantidad de calor que debe retirar el
refrigerante por unidad de masa en el condensador o calor específico del
condensador, ( proceso del punto A/B al punto C ) se hallan la diferencia de
sus entalpias especificas:
De la primera ley de la termodinámica:
qCOND = hEntrada condensador – hSalida
condensador
qCOND = hA/B – hC
qCOND = 440,6 – 253 = 187,6 kJ/kg
A continuación, se especifica la cantidad
de masa de refrigerante que debe pasar en el tiempo por evaporador y todo el
sistema para cumplir con una capacidad especifica. Para ello se parte del valor
de la potencia frigorífica en watts. Por ejemplo:
Se necesita de un equipo con una potencia
frigorífica ( QEVAP ) de 2000 Watts, cuanta cantidad de masa por
unidad de tiempo en refrigerante debe pasar por el evaporador y el resto del
sistema?
Se sabe que:
QEVAP =
qEVAP *Flujo Másico
Despejando:
Para el cálculo de la potencia o capacidad
dedisipación de calor del condensador:
QCOND =
qCOND * Flujo Masico
Reemplazando los valores:
El término C O P viene del ingles
Coefficient of Perfomance, el cual significa coeficiente de rendimiento o de
transformación. Su fórmula es:
C O P SIST = ( Calor admitido por el evaporador por unidad
de masa / Trabajo de compresión por unidad de masa )
COP= ( qEVAP
/ wCOMP )
Reemplazando los valores en la fórmula:
COP= ( qEVAP
/ wCOMP ) = ( 147 / 36,2 ) =
4,06
Para el cálculo de la relación de
compresión en el sistema, viene dado por la relación:
RELACION
COMPRESION = ( PRESION ABSOLUTA DE DESCARGA / PRESION ABSOLUTA DE SUCCION )
Reemplazando los valores en la fórmula:
RELACION
COMPRESION = ( 10.1 BARES/ 2 BARES ) = 5,05 BARES
Para el cálculo de la potencia mecánica
requerida por el compresor, viene dado por la relación:
WCOMP = wCOMP* Flujo Másico
Reemplazando los valores en la fórmula:
VDCOMP
= νRefrigerante a la entrada del compresor* Flujo Másico
Donde ν es el volumen específico del
refrigerante a la entrada del compresor expresado en metros cúbicos por
kilogramo.
Vrefrigerante
a la entrada del compresor= 0,1064 Mts3/kg
Reemplazando los valores en la formula:
VDCOMP = 0,1064 Mts3/kg * 0,0136 kg/Seg = 0,001447
Mts3/Seg = 5,2 Mts3/Hr
2.8.7.
CALCULO
DEL VOLUMEN REAL A ASPIRAR POR EL COMPRESOR
El volumen real a aspira por el compresor
siempre deberá ser mayor que el teórico, debido a que los compresores tienen un
rendimiento volumétrico inferior a la unidad, por su construccion física. El
rendimiento volumétrico se calcula por la formula:
Rendimiento
Volumétrico = Caudal Volumetrico teórico_______
[ 1 – ( Espacio muerto * Relacion Compresion ) ]
En caso de no disponer de la información
del espacio muerto, tome estos factores de referencia:
Compresores
herméticos = 0.04
Compresores
semihermeticos = 0.02
Para hallar la relación de compresión se
halla con la formula:
Relacion Compresión ( RC ) = ( Presion absoluta de alta o descarga /
Presion absoluta de baja o succión)
Para nuestro caso:
Relacion
Compresion ( RC ) = ( 19.4 Bar Abs / 6.8 Bar Abs ) = 2.85
Si empleamos un compresor hermetico
entonces:
Rendimiento
Volumetrico = ( 0.75 Mts3 / Hr ) / [ 1 – ( 0.04 * 2.85 ) ] = 0.84
Mts3 / Hr
Otra forma de hallar el rendimiento
volumétrico, en el caso de compresores de piston, consiste en tomar los datos
de fabrica del compresor como la cilindrada por piston o cilindro y calcule el
flujo por la siguiente formula:
Rendimiento Volumetrico calculado = ( Num
pistones * Cilindrada por piston * RPM / 60 hrs )
2.8.8.
E.E.R
Es la relación entre la potencia
frigorífica o enfriamiento del sistema ( por lo general la capacidad del
evaporador y la potencia eléctrica o el consumo eléctrico en watios de todo el
sistema ( se incluye consumo de compresor, ventiladores, válvulas y otros
accesorios electricos ). Se considera un buen E.E.R > 6 BTU/WHr. Este índice
es una medida de la eficiencia por consumo del sistema.
E. E. R = (
Potencia Frigorifica evaporador o sistema / Potencia eléctrica o consumo total
del sistema )
Ver video:
EL CONCEPTO DE LA POTENCIA FRIGORIFICA DE COMPRESOR EN SISTEMAS DE REFRIGERACION Y CLIMATIZACION
Ver
video:
2.8.9.
CALCULOS APOYADOS
EN PROGRAMAS
También
puede hacer los gráficos de un sistema cualquiera partiendo de los datos de
presión, temperatura en los puntos críticos del sistema. Para ello se necesitan
los siguientes datos:
·
Temperatura
promedio del ambiente donde se ubicará el sistema.
·
Temperatura
mínima del recinto o espacio refrigerado.
·
El
tipo de refrigerante.
·
La
capacidad frigorífica del sistema o del evaporador.
·
El
valor del subenfriamiento de condensador.
·
El
valor del subenfriamiento adicional.
·
El
valor del recalentamiento útil requerido.
·
El
valor del recalentamiento ambiental requerido.
·
Eficiencia
del compresor.
Se sugiere tener toda esta información en
un diagrama tal como se observa:
Datos a obtener:
·
Temperatura
de condensación: Se calcula con la fórmula dada teniendo en cuenta la
temperatura del ambiente.
·
Temperatura
de evaporación: Se calcula a partir de la temperatura mínima de recinto.
·
La
presión de alta o descarga: Se obtiene a partir del tipo de refrigerante y de
la temperatura de condensación.
·
La
presión de baja o succión: Se calcula a partir del tipo de refrigerante y de la
temperatura de evaporación.
·
Las
temperaturas del refrigerante a la entrada del elemento de expansión, salida el
evaporador y entrada de compresor: se obtienen a partir de los valores del
subenfriamiento y recalentamientos.
Ahora se introducen los datos en el
programa se seleccionado y con ello se obtienen los siguientes datos:
·
El
flujo másico requerido por el sistema.
·
La
capacidad del condensador.
·
La
potencia de consumo de potencia del compresor.
·
La
potencia mínima frigorífica del compresor.
·
El
COP del sistema.
·
El
EER del sistema.
.
OBS:
Después de construir el ciclo en los programas, no olvide realizar la
comprobación del valor de la temperatura del refrigerante en el descarga del
compresor no exceda los 100ºC, para evitar problemas con el lubricante del
mismo.
Ver videos:
ANALISIS DE UN CICLO DE REFRIGERACION CON EL COOLPACK
2.9.
EFECTOS
DE SOBRECALENTAMIENTO Y SUBENFRIAMIENTO EN LA EFCIENCIA DE EQUIPOS
2.9.1.
SOBRECALENTAMIENTO
DEL REFRIGERANTE A LA SALIDA DEL EVAPORADOR
Normalmente el vapor frio que sale del
evaporador, sigue admitiendo calor entrando algo recalentado al compresor.
Veamos dos casos en el cual en un ciclo , el vapor del evaporador sale en
estado saturado y otro donde sale recalentado. Veamos sus efectos en un
diagrama de Mollier. Por tanto el sobrecalentamiento útil se define como la
diferencia de temperatura del refrigerante a la salida del evaporador y su
temperatura de evaporación, saturación o rocío a baja presión.
NOTA: El sobrecalentamiento en el
evaporador tiene que limitarse al necesario para asegurar que se tenga vapor
seco del mismo y, como un valor recomendado el sobrecalentamiento a la salida
del evaporador oscila entre 3º y los 7 ºC.
Las válvulas de expansión son construidas
y ajustadas para que en la ultima parte del evaporador, sea la zona reservada
para el recalentamiento del vapor refrigerante, asi que el calor usado para
recalentar, proviene den existente en el espacio refrigerado y representa un
efecto frigorifico deseable.
Se trata de que el sobrecalentamiento se
haga por parte del calor del espacio refrigerado. Todo sobrecalentamiento de la
línea de succión que se haga con calor del ambiente externo es dañino al
sistema. Por eso en casos donde el espacio disponible para el evaporador , no
hace posible un control optimo del recalentamiento, o el compresor esta muy
cerca del evaporador, es recomendable montar una vuelta de tubo adicional
conectado inmediatamente después del evaporador, dentro del espacio
refrigerado. A este tubo se le llama Tubo secador ya que su misión es la secar
el vapor de partículas liquidas.
En refrigeración ocurren tres tipos de sobrecalentamientos
muy especiales:
2.9.2.
SOBRECALENTAMIENTO
UTIL O DE EVAPORADOR ( USEFULL SUPERHEAT )
Es el que se da en el evaporador,
se le llama útil, debido a que después que se ha evaporado completamente el
refrigerante, el recinto le agrega calor a este refrigerante en vapor saturado sobrecalentándolo
e incrementado su temperatura. Un sobrecalentamiento útil se considera bueno
cuando está entre los 3ºC y los 7ºC, pero puede tener ligeras variaciones que
veremos más tarde, veamos su proceso:
El refrigerante en estado líquido
a media temperatura y alta presión entra en la válvula de expansión ( punto A )
y realiza una expansión isoentálpica, donde experimenta una reducción de su
presión y temperatura, saliendo en una mezcla en su mayoría líquida y otra
parte en forma vapor ( punto B ).
El refrigerante al entrar al
evaporador en una mezcla liquida más vapor a baja presión y baja temperatura (
punto B ), comienza a absorber el calor del recinto y el líquido refrigerante
comienza a evaporarse, llegando al punto de saturación de vapor ( punto C )
donde es completamente vapor al 100%. La condición del refrigerante en este
punto es la de vapor saturado.
El refrigerante desde la condición
de vapor saturado ( punto C ), sigue absorbiendo calor en el evaporador y por
eso aumenta su temperatura ( punto D ). Este incremento en su temperatura desde
su condición de saturación hasta la salida del refrigerante en el evaporador,
es lo que se denomina Sobrecalentamiento de Evaporador o Útil.
Para obtener el valor del
sobrecalentamiento de evaporador o útil:
PRIMER PASO: Para refrigerantes puros o mezclas
Azeotrópicas se mide la presión de succión del equipo cerca del evaporador; con
este valor y el tipo de refrigerante, en una tabla de presión – temperatura se
determina el valor de la temperatura de evaporación.
OBSERVACIÓN: Para el caso de mezclas Zeotrópicas o
con deslizamiento de temperatura, se trabaja con el valor de la Temperatura de
Rocio o Dew Point.
SEGUNDO PASO: Con un
termómetro de contacto, mida la temperatura del refrigerante a la salida del
evaporador ( 5 a 10 cms ) y aplique la fórmula:
SOBRECALENTAMIENTO
UTIL O DE EVAPORADOR = Temperatura del refrigerante a la salida del evaporador
– Temperatura de evaporación o Rocío
2.9.2.1.
SOBRECALENTAMIENTO
AMBIENTAL, ADICIONAL O DE LINEA DE SUCCION
Cuando el refrigerante sale del
recinto por las tuberías de succión, este mismo aún está a temperaturas bajas,
al salir el ambiente le agrega un calor extra, lo que influye en un aumento de
su temperatura, que además de incrementar su volumen especifico, disminuye la
eficiencia volumétrica del compresor. Por esta razón, estas tuberías se aíslan
térmicamente. Un sobrecalentamiento ambiental se considera bueno cuando está
entre los 5 ºC y los 15ºC.
El refrigerante después que sale
sobrecalentado del evaporador ( punto D ), sigue su camino por la tubería de
succión hacia el compresor; pero por estar con baja temperatura, el medio le
suministra calor a este refrigerante incrementado aún más su temperatura (
punto E ). Este incremento adicional de temperatura que ocurre en la línea de
succión desde la salida del evaporador hasta la entrada del compresor, se le
denomina Sobrecalentamiento Ambiental, Adicional o de Línea de Succión.
Para obtener el valor del
sobrecalentamiento adicional o de succión, realice:
PRIMER PASO: Con un
termómetro de contacto, mida la temperatura del refrigerante a la salida del
evaporador ( 5 a 10 cms ).
SEGUNDO PASO: Con un
termómetro de contacto, mida la temperatura del refrigerante a la entrada del
compresor ( 10 cms ) y aplique la fórmula:
SOBRECALENTAMIENTO
AMBIENTAL, ADICIONAL O DE LINEA DE SUCCION = Temperatura del refrigerante a la
entrada del compresor – Temperatura refrigerante a la salida del evaporador.
Los altos sobrecalentamientos no son
beneficiosos porque:
·
Baja el rendimiento volumétrico
del compresor.
·
Incrementa la temperatura de
entrada del refrigerante y por ende la salida del mismo.
·
Incremente la temperatura del cárter
del compresor.
·
Incrementa las presiones del
sistema.
·
Incrementa la temperatura de
descarga del compresor.
·
Disminuye el subenfriamiento del
sistema.
·
Reduce el rendimiento de la válvula
de expansión.
2.9.2.2.
SOBRECALENTAMIENTO
TOTAL
Se puede obtener de dos formas:
SOBRECALENTAMIENTO
TOTAL = RECALENTAMIENTO UTIL + RECALENTAMIENTO AMBIENTAL
Para el caso de refrigerantes
puros o mezclas azeotrópicas:
SOBRECALENTAMIENTO
TOTAL = Temperatura refrigerante a la entrada del compresor – Temperatura de
evaporación o Rocío.
Veamos el siguiente procedimiento:
PRIMER PASO: Para el caso de refrigerantes puro o
mezclas Azeotrópicas, mida la presión de succión del equipo cerca del
evaporador y con este valor y el tipo de refrigerante, en una tabla de presión
– temperatura se determina el valor de la temperatura de evaporación.
OBSERVACIÓN: Para el
caso de mezclas Zeotrópicas o con deslizamiento de temperatura, se trabaja con
el valor de la Temperatura de Rocio o Dew Point.
SEGUNDO PASO: Con un
termómetro de contacto, mida la temperatura del refrigerante a la entrada del compresor
( 10 cms ) y aplique la fórmula:
Gráficamente los podemos representar:
Ver video:
Si analizamos el
siguiente esquema:
Al tener un alto sobrecalentamiento, la temperatura de entrada al
compresor es mayor, el refrigerante tendrá una menor densidad ( mayor volumen
especifico ) que reduce la eficiencia volumétrica del compresor y por tanto su
flujo masico, con una mayor temperatura de descarga y perdida de eficiencia del
ciclo.
Para tener unos
buenos valores de sobrecalentamientos, se recomienda:
Ver video:
2.9.2.3.
COMO
INFLUYEN LOS SOBRECALENTAMIENTOS EN LA EFICIENCIA DEL CICLO DE REFRIGERACION
En primera instancia vamos a
analizar las desventajas de los altos sobrecalentamientos en un equipo de
refrigeración:
• Se deja de aprovechar el calor latente en el evaporador, reduciendo la
eficiencia del evaporador. Al tener un flujo de refrigerante restringido, el
liquido de refrigerante se va a evaporar de forma rápida, quedando el
evaporador en su mayor part6e circulando refrigerante en estado vapor con calor
sensible, que absorbe menos calor que el calor latente cuando cambia de estado
• Se tienen altas temperaturas del refrigerante a la salida del evaporador
( punto D ) y entrada a compresor ( punto E ) y por ende alta temperatura de
descarga del compresor ( punto F ).
• Al incrementarse las temperaturas del refrigerante a la salida del
evaporador y entrada a compresor se afecta la viscosidad del aceite lubricante
del compresor
• Al poseer una mayor temperatura de descarga ( punto F ), se reduce la
capacidad del condensador y por ende el subenfriamiento del equipo.
• Se tienen mayores volúmenes específicos o menores densidades del
refrigerante, reduciendo el flujo masico y la eficiencia volumétrica del
compresor y COP del equipo
• Se tienen mayores entropías en el proceso de compresión.
Analicemos los
siguientes resultados de un ciclo de refrigeración con sobrecalentamiento de
evaporador alto:
A continuación,
vamos a nombrar las ventajas de tener bajos sobrecalentamientos de evaporador o
útiles:
• Se maximiza el aprovechamiento del calor latente en el evaporador,
aumentando la eficiencia del evaporador por el alto flujo de refrigerante.
• Se reducen las temperaturas del refrigerante a la salida del evaporador (
punto D ) y entrada a compresor ( punto E ) y por ende baja temperatura de
descarga del compresor ( punto F )
• Al reducirse las temperaturas del refrigerante a la salida del evaporador
y entrada a compresor se mantiene la viscosidad del aceite lubricante del
compresor
• Al poseer una temperatura de descarga ( punto F ) mas baja, se incremente
la capacidad del condensador y por ende el subenfriamiento del equipo
• Se tienen menores volúmenes específicos o mayores densidades del
refrigerante a la entrada del compresor, incrementando el flujo masico, la
eficiencia volumétrica del compresor y COP del equipo
• Se tienen menores entropías en el proceso de compresión y por tanto
menores irreversibilidades en el proceso.
Veamos ahora los
datos de comportamiento del mismo ciclo pero con sobrecalentamientos de
evaporador bajos:
2.9.3.
SUBENFRIAMIENTO
DEL LIQUIDO REFRIGERANTE A ALTA PRESION
Es la reducción en la temperatura que
experimenta el refrigerante liquido saturado en la línea de alta presión
después del proceso de condensación. Para comprender y calcular sus valores se
hace necesario conocer las presiones de descarga del equipo y el tipo de
refrigerante para encontrar el valor de la temperatura de condensación, así
como un termómetro para medir la temperatura del refrigerante en las entradas y
salidas de los componentes del sistema.
Se conocen tres tipos de subenfriamientos:
2.9.3.1.
SUBENFRIAMIENTO
DEL REFRIGERANTE EN EL CONDESADOR
Como su nombre lo indica, ocurre en el
condensador y tiene que ver con la reducción de temperatura que sufre el
refrigerante en estado líquido saturado a la salida del condensador. Se
considera normal cuando el diferencial está entre los 3 y 6 grados Celsius. Su
fórmula es:
SUBENFRIAMIENTO DE
CONDENSADOR = Temperatura de condensación o de Burbuja – Temperatura del refrigerante
salida del condensador
Veamos a continuación su proceso:
El refrigerante en estado vapor a alta
temperatura y alta presión sale del compresor ( punto A ) y pierde algo de
calor en la tubería de descarga donde experimenta una ligera reducción de su
temperatura, entrando al condensador ( punto B ). La condición del refrigerante
a la salida del compresor y entrada del condensador es la de vapor
sobrecalentado.
El refrigerante desde la condición de
líquido saturado en el condensador, sigue perdiendo calor y por eso reduce su
temperatura ( punto E ). Esta reducción en su temperatura desde su estado de
saturación líquido hasta la salida del condensador es lo que se denomina
Subenfriamiento de Condensador.
PRIMER PASO: Para el caso de
refrigerantes puros y mezclas Azeotropicas, se mide la presión de descarga del
equipo a la salida del condensador; con este valor y con el tipo de
refrigerante en una tabla de presión – temperatura, se determina el valor de la
temperatura de condensación
OBSERVACIÓN: Para el caso de
mezclas Zeotrópicas o con deslizamiento de temperatura, se trabaja con el valor
de la Temperatura de Burbuja o Bubble Point.
SEGUNDO PASO: Con un
termómetro de contacto, mida la temperatura del refrigerante a la salida del
condensador ( 5 a 10 cms ) y aplique la fórmula:
Analicemos el siguiente esquema:
Al tener un
mayor subenfriamiento, punto de salida del condensador A, se desplaza ahora
hacia el punto 4, teniendo una menor temperatura donde ocurre la nueva
expansión hacia el punto 1; ganándose una absorción de calor extra en el
evaporador representado en el segmento del punto 1 al punto B.
2.9.3.2.
SUBENFRIAMIENTO
ADICIONAL DEL REFRIGERANTE EN LA LINEA DE LIQUIDO
Está relacionado con un enfriamiento
adicional que sufre el refrigerante en su trayecto de la salida del condensador
a la entrada del elemento de expansión, ya sea por descarga del calor al
ambiente o por acción de intercambiadores de calor. Su valor o diferencial está
los 2 y 6 grados Celsius. Su fórmula es:
SUBENFRIAMIENTO
ADICIONAL = Temperatura del refrigerante en la salida del condensador – Temperatura
del refrigerante en la entrada elemento
expansión
Veamos su proceso:
El refrigerante después que sale
subenfriado del condensador ( punto E ), sigue su camino por la tubería de
líquido hacia el elemento de expansión; pero por estar con media temperatura,
el refrigerante pierde un poco de calor reduciendo aún más su temperatura (
punto F ). Esta reducción adicional de temperatura desde la salida del
condensador hasta la entrada del elemento de expansión, se le denomina
Subenfriamiento Adicional o de Línea de Líquido.
Para obtener el valor del subenfriamiento
adicional, siga los siguientes pasos:
PRIMER PASO: Con un
termómetro de contacto, mida la temperatura del refrigerante a la salida del
condensador ( 5 a 10 cms )
SEGUNDO PASO: Con un
termómetro de contacto, mida la temperatura del refrigerante a la entrada del
elemento de expansión ( 5 cms ) y aplique la fórmula:
2.9.3.3.
SUBENFRIAMIENTO
TOTAL
Ahora el subenfriamiento total se obtiene
de las siguientes fórmulas:
SUBENFRIAMIENTO
TOTAL = SUBENFRIAMIENTO CONDENSADOR + SUBENFRIAMIENTO ADICIONAL
También podemos usar la fórmula:
SUBENFRIAMIENTO
TOTAL = TEMPERATURA CONDENSACION O BURBUJA – TEMPERATURA REFRIGERANTE A LA
ENTRADA ELEMENTO EXPANSION
Veamos su proceso:
El refrigerante estando en condición de
liquido saturado en el condensador ( punto D ) sigue su camino por los últimos
tramos del condensador y tubería de líquido hacia el elemento de expansión; en
este trayecto, el refrigerante pierde calor reduciendo su temperatura ( punto F
). Esta reducción total de temperatura desde su condición de saturación líquida
hasta la entrada del elemento de expansión, se le denomina Subenfriamiento
Total.
Para obtener el valor del subenfriamiento
total, siga los siguientes pasos:
PRIMER PASO: Para el caso de
refrigerantes puros y mezclas Azeotropicas, se mide la presión de descarga del
equipo a la salida del condensador; con este valor y con el tipo de
refrigerante en una tabla de presión – temperatura, se determina el valor de la
temperatura de condensación
OBSERVACIÓN: Para el caso de
mezclas Zeotrópicas o con deslizamiento de temperatura, se trabaja con el valor
de la Temperatura de Burbuja o Bubble Point.
SEGUNDO PASO: Con un
termómetro de contacto, mida la temperatura del refrigerante a la entrada del
elemento de expansión ( 5 cms ) y aplique la fórmula:
En relación a las ventajas del
subenfriamiento se tienen:
•
Aumenta la eficiencia
de las válvulas expansión termostáticas.
•
Incrementa la
absorción de calor del evaporador.
•
Incrementa la
eficiencia del sistema.
En forma gráfica en los diagramas de
Mollier se representan:
Para obtener un buen subenfriamiento en el
equipo tenga en cuenta:
Las medidas anteriores tienden a
incrementar el subenfriamiento de condensador:
Ver video:
2.9.4. VALORES
SUGERIDOS DE SOBRECALENTAMIENTOS Y SUB ENFRIAMIENTOS EN EQUIPOS DE
REFRIGERACION Y CLIMATIZACION
Los valores ideales son los que da el
fabricante del equipo, y estos valores hay que mantenerlos para alargar la vida
del equipo, sin embargo, si no existe información relacionada entonces podemos
comenzar con los límites de operación del compresor.
Recordemos los límites de operación en un
compresor:
En la zona de trabajo seguro, el compresor
puede trabajar con altos recalentamientos totales o altas temperaturas de
retorno o todo lo contrario, dependiendo de las temperaturas de condensación y evaporación:
Después de ello, se pueden establecer unos
rangos de valores de subenfriamientos y recalentamientos, teniendo en cuenta
las temperaturas de evaporación, afectación mínima del COP y que las
temperaturas de descarga del compresor no excedan los 100ºC ( limite máximo
110ºC ).
Ver video:
2.9.5.
PROBLEMAS
CON LOS SUBENFRIAMIENTOS Y SOBRECALENTAMIENTOS EN EQUIPOS DE REFRIGERACION Y
CLIMATIZACION
En los sistemas se pueden encontrar
valores de subenfriamiento y sobrecalentamientos por fuera de los rangos
normales del equipo, los cuales se deben a múltiples caudas, en las siguientes
tablas están en resumen la mayoría de ellas:
|
CONDICION |
MOTIVOS |
VERIFICAR |
|
SUBENFRIAMIENTO DE CONDENSADOR BAJO ( Están relacionados con problemas de disipación de
calor de condensador, con exceso de carga térmica que trae el refrigerante y
con el flujo masico de refrigerante ) |
Condensador
de baja capacidad para lo requerido, porque disipa poco calor que lo
requerido por el sistema |
Verificar
la capacidad de disipación de calor del condensador |
|
Motores
de condensador dañados o con bajas revoluciones, porque se reduce la
transferencia de calor del condensador |
Verificar
estado de motores y sistemas de arranque de los mismos |
|
|
Aletas
de condensador dobladas, porque obstruye el flujo de aire que ayuda con la
transferencia de calor del condensador |
Verificar
el estado de la aletas del condensador |
|
|
Condensador
sucio, porque obstruye el flujo de aire que ayuda con la transferencia de
calor del condensador |
Verificar
la limpieza del condensador |
|
|
Flujo
de aire de condensador obstruido, porque el condensador no tiene hacia donde
evacuar el calor que emite al ambiente |
Verificar
obstáculo en el flujo del aire del condensador |
|
|
Baja
carga de refrigerante, porque se obtiene altos recalentamientos en el
refrigerante. |
Verificar
presiones de succión y descarga del sistema |
|
|
Exceso
de carga térmica en recinto, porque el refrigerante sufre de altos
recalentamientos por la alta carga termica que absorbe. |
Verifica
la cantidad de productos en el interior del recinto |
|
|
Tuberías
de succión sin aislamientos, porque el refrigerante sufre de altos
recalentamientos por la alta carga termica que absorbe en la tubería de
succión. |
Verificar
el aislamiento de la tubería de succión. |
|
|
SUBENFRIAMIENTO ADICIONAL BAJO ( Están relacionados con problemas de transferencia
de calor de la tubería de liquido a alta presión al medio ) |
Corta
longitud de la tubería de liquido a alta presion |
Verificar
longitud de tuberia |
|
Tuberia
con aislamiento, que impide su disipación de calor al ambiente |
Verificar
la condición externa de la tuberia |
|
|
Ausencia
de intercambiadores de calor |
Verificar
la presencia de intercambiadores de calor en el sistema |
|
|
Elemento
de expansión ubicado fuera del recinto refrigerado |
Verificar
ubicación del elemento de expansión |
|
CONDICION |
MOTIVOS |
VERIFICAR |
|
SOBRECALENTAMIENTO UTIL O DE EVAPORADOR ALTO ( Están relacionados con alta absorción de calor en
el evaporador y bajo flujo de refrigerante al mismo ) |
Evaporador
de alta capacidad o muy grande para lo requerido por el sistema, porque el
refrigerante absorbe mayor calor y por perdidas de presión en el evaporador |
Verificar
la capacidad de absorcion de calor del evaporador |
|
Baja
carga de refrigerante, porque el poco refrigerante que llega al evaporador le
toca absorber toda esa carga térmica |
Verificar
presiones de succión y descarga del equipo |
|
|
Mal
ajuste de la válvula de expansión, porque si posee el tornillo de regulacion
muy ajustado , llega poco flujo de refrigerante al evaporador |
Verificar
el estado del tornillo de regulacion |
|
|
Capilar
con diametro interno reducido, al tener menor diámetro del requerido, se
reduce el flujo de refrigerante que llega al evaporador |
Verificar
el tipo de capilar instalado en el sistema |
|
|
Carga
térmica de recinto muy superior a la de diseño del sistema, porque al
refrigerante le toca absorber mayor calor del que es capaz de recibir en
condiciones normales de uso |
Verificar
la cantidad de producto en el interior del recinto refrigerado |
|
|
Resistencias
de descongelación encendida durante el proceso de congelación, porque añaden
calor extra a la carga termica del evaporador. |
Verificar
estado de operación de resistencias y sistema de control de descongelacion |
|
|
Filtraciones
de aire en el recinto, porque añaden calor extra que el refrigerante debe
absorver |
Verificar
las condiciones del recinto así como sellamientos de paredes y puertas |
|
|
Bajos
subenfriamientos, porque llega mas refrigerante en estado gas ( flash gas )
al evaporador que incrementa los recalentamientos |
Verificar
condensación de equipo, intercambiadores de calor. |
|
CONDICION |
MOTIVOS |
VERIFICAR |
|
SOBRECALENTAMIENTO UTIL O DE EVAPORADOR BAJO ( Están relacionados con alto flujo de refrigerante
al evaporador y poca absorción de calor por parte del mismo ) |
Evaporador
de baja capacidad para el flujo de refrigerante del sistema, porque el
refrigerante absorbe poca cantidad de calor |
Verificar
la capacidad de absorcion de calor del evaporador |
|
Alta
carga de refrigerante, porque el flujo de refrigerante es mayor a la
capacidad del sistema |
Verificar
presiones de succión y descarga del equipo |
|
|
Mal
ajuste de la válvula de expansión, porque al tener poco ajuste del tornillo
de regulación, mayor flujo de refrigerante llega al evaporador. |
Verificar
el estado del tornillo de regulacion |
|
|
Capilar
con diametro interno mas grande que lo requerido, porque habrá mayor flujo de
refrigerante al evaporador |
Verificar
el tipo de capilar instalado en el sistema |
|
|
Carga
térmica de recinto muy baja a la de diseño del sistema, porque poco calor se
absorve en el evaporador y refrigerante |
Verificar
la cantidad de producto en el interior del recinto refrigerado |
|
|
Motores
de evaporador dañados o con bajas revoluciones, porque reduce la absorción de
calor del evaporador |
Verificar
estado de motores y sistemas de arranque de los mismos |
|
|
Aletas
de evaporador dobladas, porque reduce la absorción de calor del evaporador |
Verificar
el estado de la aletas del evaporador |
|
|
Evaporador
sucio, porque reduce la absorción de calor del evaporador |
Verificar
la limpieza del evaporador |
|
|
Flujo
de aire de evaporador obstruido, porque reduce la absorción de calor del
evaporador |
Verificar
obstáculo en el flujo del aire del evaporador |
|
|
Válvula
de expansión con bulbo sensor dañado o cortado, porque la válvula no regula
el paso de refrigerante al evaporador |
Verificar
el estado del bulbo sensor |
|
|
Válvula
de expansión con compensacion externa sin conexión del tubo de compensación,
porque l válvula no regula el paso de refrigerante al evaporador |
Verificar
si el tubo de compensación esta conectado a la válvula |
|
|
Evaporador
congelado |
Verificar
el estado del evaporador y sistema de descongelacion |
|
CONDICION |
MOTIVOS |
VERIFICAR |
|
SOBRECALENTAMIENTO AMBIENTAL, ADICIONAL O DE SUCCION ALTO ( Están relacionados con alta absorción de calor
del refrigerante en la tubería de succión ) |
Tuberia
de succión sin aislamiento termico |
Verificar
el aislamiento de la tubería de succión |
|
Tramo
de tubería de succión muy largo |
Verificar
la longitud de la tubería de succión |
|
|
Presencia
de intercambiadores de calor mal seleccionados |
Verificar
la existencia de intercambiadores de calor en el sistema |
Ver video:
2.10.
INTERCAMBIADORES
DE CALOR
La misión de ellos es la de subenfriar el
líquido a la salida del condensador con los vapores frescos y fríos que dejan
el evaporador, y al mismo tiempo, hacen un sobrecalentamiento a la salida del
mismo. El calor que cede el liquido refrigerante que sale del condensador, es
agregado al vapor refrigerante que sale del evaporador recalentándolo en el
acto, asegurando un rendimiento óptimo del sistema.
En los refrigeradores domésticos, el tubo
capilar que está después del filtro secador, circula por el interior del tubo
de succión que viene del evaporador.
Los hay de tubos para sistemas
comerciales:
Y también los hay de placas para sistemas
comerciales e industriales:
Ver video:
2.10.1. EFECTOS DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR EN UN EQUIPO DE REFRIGERACION VISTO EN UN DIAGRAMA DE MOLLIER
En este caso vamos a analizar la
influencia de la adición de un intercambiador de calor en un sistema que no lo
posee, visto desde el punto de vista de un diagrama de Mollier. A
continuación, veamos el esquema de unos
de estos sistemas, usando un intercambiador de calor de tubos:
•
Se
reduce notablemente la temperatura del refrigerante a la entrada de la válvula,
incrementado el subenfriamiento adicional de la línea de líquido.
•
Se
incrementa notablemente la temperatura del refrigerante a la entrada del
compresor, incrementado el sobrecalentamiento ambiental o de la línea de
succión.
•
Se
incrementan las temperaturas del refrigerante a la salida del compresor y
entrada de condensador
Entre
los otros parámetros a tener en cuenta se tienen:
·
Mantenimiento
o ligero Incremento ligero de la potencia de consumo eléctrico del compresor
por la poca variación de las presiones de operación del equipo
Mantenimiento
o ligero incremento del diferencial de temperatura del aire ( mayor de 6 Grados
Celsius ) que entra al condensador y el de salida del mismo por la poca
variación de la presión de descarga.
Veamos a continuación, las diferencias
entre un diagrama de Mollier de un equipo sin intercambiador y uno con
intercambiador de calor:
Ver video:
2.10.2.
EFICIENCIA
EN LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR EN UN EQUIPO DE REFRIGERACION
En este caso vamos a analizar la y
calcular el valor de la eficiencia de un intercambiador de calor en un sistema
de refrigeración, en especial uno de doble tubo, para lo cual observemos su
ubicación entre los distintos accesorios del equipo:
Por tanto desde el punto de vista de la
entrada y salida del refrigerante en el intercambiador se tiene:
La potencia calorífica cedida por el refrigerante de alta
temperatura en estado líquido al refrigerante de baja temperatura en estado
vapor es:
Q CEDIDO = mRC * CPRC * ( T ERC
– T SRC )
Donde:
mRC : Flujo másico del refrigerante caliente
CPRC : Calor específico del refrigerante
caliente
La potencia calorífica admitida o recibida por el
refrigerante de baja temperatura en estado vapor es:
Q ADMITIDO = mRF * CPRF * ( T SRF
– T ERF )
Donde:
mRF : Flujo másico del refrigerante frio
CPRF : Calor específico del refrigerante frio
Por tanto, la potencia calorífica intercambiada es:
Q CEDIDO = Q ADMITIDO
mRC * CPRC * ( T ERC – T SRC )
= mRF * CPRF * ( T SRF – T ERF )
La potencia calorífica intercambiada también se puede
expresar como:
Q INTERCAMBIADA = K * A *Δ TM
Donde:
K : Coeficiente de transmisión de calor en KW/C Mts2
A : Superficie de intercambio de calor en Mts
Cuadrados.
Δ TM : Diferencia media
de temperaturas.
Δ TM = T MEDIA REFRIGERANTE CALIENTE –
T MEDIA REFRIGERANTE FRIO
Δ TM = [ ( T ERC + T SRC
)/2 ] – [ ( T SRF + T ERF )/2 ]
Para
una mayor precisión:
Δ TM = (
Δ T1 – Δ T2 ) / Ln[ Δ T1 / Δ T2]
Δ TM = [ ( T ERC - T SRF
) – ( T SRC - T ERF ) ] / Ln[( T ERC - T SRF
) / ( T SRC - T ERF )]
Para
obtener la máxima eficiencia en un intercambiador de calor, se pueden analizar
dos situaciones o posiciones:
La
primera:
La
segunda:
Por
tanto, la fórmula de la eficiencia queda:
EFICIENCIA η = ( TRANSFERENCIA
CALOR REAL / TRANSFERENCIA MAXIMA DE CALOR )
EFICIENCIA η = [ mRC *
CPRC * ( T ERC – T SRC ) / mRC * CPRC * ( T ERC
– T ERF ) ] *100 %
= [( T ERC – T SRC ) / ( T ERC – T ERF
)]*100%
EFICIENCIA η =[ mRF * CPRF * ( T SRF – T ERF
) / mRF * CPRF * ( T ERC – T ERF )]
* 100 %
= [( T SRF – T ERF ) / ( T ERC –
T ERF )]*100%
Ver video:
2.11.
PRESIONES
DE TRABAJO EN EQUIPOS DEPENDIENDO DE NORMAS ESTABLECIDAS.
En
esta sección veremos las presiones de operación de los equipos dependiendo de
normas establecidas para ello; las normas más comunes son:
Para
el caso de congeladores, se aplican las siguientes observaciones:
Según lo establecido se recomienda el uso
del R-404ª debido a que mantiene la relación de compresión; ahora hay que
analizar nuevos refrigerantes, ya que los HCFC que posean alto valor del PCG,
van a ser reemplazados.
Para el caso de neveras, se tiene el
siguiente análisis:
En estos equipos se queda el R-600ª y por
tanto las neveras de R-134ª van desapareciendo.
Para el caso de botelleros, bebederos de
agua, vitrinas exhibidoras refrigeradas, se tiene el siguiente análisis:
En este sector de equipos hay equipos con
estos dos refrigerantes, pero comienzan a operar equipos con R-290.
Para el caso de equipos de aire
acondicionado, se tiene el siguiente análisis:
En este sector de equipos, domina en la actualidad el R-410ª , pero
también existen equipos con R-32 y de R-290 que van a reemplazar al R-410ª.
Ver video:
2.12.
CONSTRUCCION
Y UBICACIÓN DE PUNTOS EN UN DIAGRAMA DE MOLLIER A PARTIR DE LOS DATOS
NECESARIOS PARA DISEÑAR UN SISTEMA DE REFRIGERACION.
En este caso se va a diseñar un sistema
para la posterior selección de ellos equipos y accesorios requeridos para el
proyecto.
Para empezar, se parte de las temperaturas
mínimas de recinto o espacio refrigerado y ambiente del sitio del proyecto,
tomemos unos ejemplos:
A continuación, se obtienen los valores de
las temperaturas de evaporación y condensación, ya sea con las fórmulas vistas
anteriormente o alineándose con alguna norma dependiendo del uso del equipo.
Para el caso se usarán las fórmulas:
Con los valores de las temperaturas de evaporación
y de condensación, en una tabla de presión vs temperatura, y con el tipo de
refrigerante a usar, se hallan las presiones de succión y descargas del equipo
Se ubican los valores de ambas presiones
en el diagrama
Se determinan las temperaturas de salida
de condensador y entrada al elemento de expansión con base en los valores de
subenfriamientos de condensador y adicional estimados o ideales para el ciclo;
para el caso se toma un Subenfriamiento de Condensador de 5º C y un
Subenfriamiento Adicional de 2 º C. Con los anteriores valores se calculan las
temperaturas del refrigerante a la salida del condensador y a la entrada del
elemento de expansión:
Para hallar el punto E o de salida del
elemento de expansión, es un proceso que no admite ni retira calor , ni admite
y se extrae trabajo, por tanto es un proceso ISOENTALPICO, y se obtiene
trazando una recta perpendicular que llega a la línea de temperatura de
evaporación:
Se determinan las temperaturas de salida
de evaporador y entrada de compresor con base en los valores de sobrecalentamiento
útil y ambiental estimados o ideales para el ciclo, para el caso se asume un Sobrecalentamiento
de evaporador de 5º C y un Sobrecalentamiento Ambiental de 10º C.
Con los valores anteriores, se calculan
las temperaturas del refrigerante a la salida del evaporador y de entrada al
compresor:
Teniendo en cuenta las condiciones de
presión, temperatura y estado de los puntos, se procede a ubicar los mismos en
el diagrama de Mollier:
Se determinan las ubicaciones de
temperaturas del refrigerante a la salida de compresor y entrada de
condensador.
Para ubicar el punto A ( salida del
compresor ) , se traza una línea inclinada que sale desde el punto G y llega al
punto A en la línea ISOBARA de PRESION DESCARGA. En este proceso el
refrigerante entra en el compresor, donde sufre una COMPRESION incrementando su
presión y temperatura.
El valor de dicha temperatura se halla en
los programas de cálculo. Esta temperatura depende del tipo de refrigerante,
eficiencia del compresor, potencia frigorífica del ciclo.
Desde el punto A ( salida del compresor )
y en su viaje al condensador, el refrigerante experimenta una pequeña reducción
de su temperatura, debido a que ésta tubería emite calor al ambiente, llegando
al punto B ( entrada del condensador ) a la misma presión. El valor de esta
temperatura se calcula en los programas y depende da varios factores.
Ahora queda cerrar el ciclo tal como se
observa:
Ver video:
2.13.
CONSTRUCCION
Y UBICACIÓN DE PUNTOS EN UN DIAGRAMA DE MOLLIER A PARTIR DE LOS DATOS OBTENIDOS
EN UN SISTEMA O EQUIPO OPERATIVO DE REFRIGERACION POR COMPRESION DE VAPOR.
Lo primero que hay que hacer es tomar las temperaturas
en: salida del compresor, entrada del condensador, salida del condensador,
entrada elemento de expansión, salida de evaporador y entrada a compresor; no
olvide tomar los valores de las presiones de succión y descarga del equipo, tal
como se muestra:
Con las presiones de succión y descarga
del equipo, se procede a encontrar en una tabla de presión – temperatura, las
temperaturas de evaporación y condensación. Se procede a dibujar tanto las
líneas de presión como las líneas de temperatura:
Con el diagrama construido, se procede a
calcular los sobrecalentamientos y subenfriamientos del mismo:
Ver video:
3.
SITUACIONES
DEL CICLO BASICO POR COMPRESIÓN DE VAPOR VISTO DESDE EL PUNTO DE VISTA DE
TEMPERATRAS, PRESIONES Y DIAGRAMA DE MOLLIER.
A continuación, se van a analizar
situaciones en la operación del ciclo, síntomas y características.
3.1.1.
OBSTRUCCIÓN
COMPLETA DEL FLUJO DE REFRIGERANTE EN EL CICLO
Esta
condición se puede dar por presencia de elementos metálicos dentro del sistema.
Barros, humedad que hacen un bloqueo total del flujo de refrigerante. Dentro de
los síntomas que presenta esta condición, se tienen:
En
las primeras etapas de la obstrucción del flujo de refrigerante, se posee un
ligero aumento de la presión de descarga, mientras que la presión de succión se
va a vacío, después de un tiempo, se reduce la presión de descarga.
Al
no tener circulación de refrigerante, entonces:
•
Incremento
de la temperatura del refrigerante a la entrada del evaporador.
•
Incremento
de la temperatura del refrigerante a la salida del evaporador.
•
Incremento
de la temperatura del refrigerante a la entrada del compresor
Por
el bloqueo del flujo de refrigerante en el condensador y línea de líquido:
•
Se
reducen las temperaturas del refrigerante a la descarga y entrada del
condensador hasta la temperatura ambiente
•
Se
reducen las temperaturas del refrigerante a la salida de condensador y entrada
de válvula hasta la temperatura ambiente
También
se tiene otras variaciones como:
·
Reducción
drástica de la potencia de consumo eléctrico del compresor por nulo flujo de
refrigerante en el sistema.
Nulo diferencial de temperatura ( cero )
del aire que entra al condensador y el de salida del mismo porque en el tiempo
de operación no hay disipación de calor, porque el refrigerante retenido en el
condensador alcanza la temperatura del aire.
Ver video:
3.1.2.
BAJA
CARGA DE REFRIGERANTE EN EL CICLO
Esta
condición se puede dar por presencia de fugas o carga incompleta de
refrigerante al sistema. Dentro de los síntomas que presenta esta condición, se
tienen:
En
la operación de un equipo con baja carga de refrigerante, se posee un bajo
flujo masico que se refleja con bajas presiones de succión y descarga.
•
Reducción
de la temperatura de evaporación.
•
Incremento
de la temperatura del refrigerante a la salida del evaporador.
•
Incremento
de la temperatura del refrigerante a la entrada del compresor
Por
el bajo flujo másico y alta temperatura del refrigerante a la entrada al
compresor se poseen:
•
Alta
temperatura del refrigerante a la de descarga y entrada a condensador.
•
Diferencia
mayor de 5 grados Celsius entre ambas temperaturas.
Por el bajo flujo de refrigerante, altas
temperaturas de descarga, baja temperatura de condensación por baja presión de
descarga se posee nulo subenfriamiento:
•
La
temperatura del refrigerante a la salida del condensador es la misma de
condensación lo mismo que la temperatura del refrigerante a la entrada a la
válvula.
Otros
aspectos a tener en cuenta:
·
Reducción
de la potencia de consumo eléctrico del compresor por el bajo flujo de
refrigerante en el ciclo
·
Reducción
del diferencial de temperatura ( menor de 5 grados Celsius ) del aire que entra
al condensador y el de salida del mismo por la baja temperatura de
condensación, por la baja presión de descarga
Con relación al diagrama de Mollier de
esta condición, se puede observar a continuación:
Ver video:
3.1.3.
EXCESO
DE CARGA DE REFRIGERANTE EN EL CICLO
Esta
condición se origina por una carga excesiva de refrigerante al sistema. Dentro
de los síntomas que presenta esta condición, se tienen:
En
las primeras etapas de la carga de refrigerante, se posee un alto flujo masico
con elevadas presiones de succión y descarga.
Se posee nulo sobrecalentamiento útil y
bajo sobrecalentamientos de succión por alto flujo másico, pero con:
•
Incremento
de la temperatura de evaporación y de la temperatura del refrigerante a la
salida de evaporador.
•
Incremento
de la temperatura del refrigerante a la entrada del compresor
A pesar de que se incrementa ligeramente
la temperatura de refrigerante al compresor, por su alto flujo masico se dan:
•
Ligeros
incrementos de las temperaturas del refrigerante a la descarga del compresor y
entrada al condensador con nula o mínima diferencia entre ellas.
Por la alta temperatura de
condensación se produce un ligero incremento del Subenfriamiento de Condensador
con:
• Mantenimiento
o reducción ligera de la temperatura del refrigerante a la salida del
condensador.
El refrigerante en la línea de
líquido realiza una poca disipación de calor por tanto se reduce el
subenfriamiento adicional, pero se incrementa el subenfriamiento total con un:
• Ligeras
modificaciones de la temperatura del refrigerante a la entrada de la válvula.
Con
relación a otros parámetros, se tiene:
Incremento
de la potencia de consumo eléctrico del compresor por alta presión de descarga,
aumento de la relación de compresión y aumento del flujo masico de refrigerante
Alto diferencial de temperatura del aire (
mayor de 7 Grados Celsius ) que entra al condensador y el de salida del mismo
por:
•
Debido
a la alta presión de descarga se posee alta temperatura de condensación y alto
flujo másico
Con relación al diagrama de Mollier de
esta condición, se puede observar a continuación:
Ver video:
3.1.4.
PROBLEMAS
DE CONDENSACIÓN EN EL CICLO
Esta condición se puede dar por presencia problemas
con los ventiladores de condensador, obstrucción del flujo de aire en el
condensador, condensador de baja capacidad, etc. Dentro de los síntomas que
presenta esta condición, se tienen:
En las primeras etapas del problema de
condensación, se posee un aumento notable inmediato de la presión de descarga,
mientras que la presión de succión se va incrementando lentamente en el tiempo.
Al incrementar de descarga y ligeramente
la presión de succión, se incrementa el flujo de refrigerante con reducción de
los sobrecalentamientos, aunque se experimentan:
•
Incremento
ligero de la temperatura de evaporación.
•
Incremento
ligero de la temperatura del refrigerante a la salida de evaporador.
•
Incremento
ligero de la temperatura del refrigerante a la entrada al compresor.
A pesar, que se incrementa ligeramente la
temperatura del refrigerante a la entrada del compresor, por su alto flujo
masico se producen:
•
Reducciones
de las temperaturas de las temperaturas del refrigerante a la descarga del
compresor y entrada al condensador.
•
Se
incrementa notablemente de la temperatura del refrigerante a la salida del
condensador.
•
Incremento
ligero de la temperatura del refrigerante a la entrada de la válvula.
Incremento de la potencia de consumo
eléctrico del compresor por:
•
Alta
Presión de descarga.
•
Alta
relación de compresión.
•
Incremento
del flujo de refrigerante.
Alto diferencial de temperatura del aire (
mayor de 10 Grados Celsius ) que entra al condensador y el de salida del mismo
por:
•
Debido
a la alta presión de descarga se posee alta temperatura de condensación.
•
Bajo
flujo de aire en el condensador.
Con relación al diagrama de Mollier de
esta condición, se puede observar a continuación:
3.1.5.
PROBLEMAS
DE EVAPORACION EN EL CICLO
Esta
condición se puede dar por problemas con los ventiladores de evaporador,
obstrucción del flujo aire en el evaporador, evaporador de baja capacidad, etc.
Dentro de los síntomas que presenta esta condición, se tienen:
En
las primeras etapas del problema de evaporación, se posee una reducción de la
presión de succión, mientras que la presión de descarga se va reduciendo
lentamente en el tiempo.
Por
baja presión de succión y baja absorción de calor, se reducen los
sobrecalentamientos ( el de evaporador puede llegar a ser nulo ) por tanto:
•
Reducción
de la temperatura de evaporación.
•
Reducción
de la temperatura del refrigerante a la salida de evaporador.
•
Reducción
de la temperatura del refrigerante a la entrada del compresor.
Por
la reducción de la temperatura del refrigerante a la entrada del compresor y
muy poca reducción del flujo másico:
•
Se
reducen ligeramente las temperaturas del refrigerante a la descarga del
compresor y entrada del condensador.
Por
la reducción de la temperatura del refrigerante a la entrada del condensador y
reducción de la temperatura de condensación, se da la reducción de los
subenfriamientos ( condensador, adicional y total ) por tanto:
•
Se
reducen ligeramente las temperaturas del refrigerante a la salida del
condensador y entrada de la válvula de expansión.
Reducción de la potencia de consumo
eléctrico del compresor por bajas presiones de operación y reducción del flujo
másico de refrigerante ( por la poca o nula absorción de calor en el evaporador
)
Nula o reducción leve del diferencial de temperatura
del aire que entra al condensador y el de salida del mismo por la reducción de
la baja presión de condensación, por la baja presión de descarga
Con relación al diagrama de Mollier de
esta condición, se puede observar a continuación:
Ver
video:
4.
SISTEMAS
DE REFRIGERACION POR COMPRESION DE VAPOR.
Existen varias configuraciones de estos
sistemas a continuación, detallaremos las mas comunes.
4.1.1.
SISTEMA
DE EXPANSION DIRECTA
Son los mas empleados en refrigeración, se
caracterizan por que todo el refrigerante que sale de la válvula entra en
estado líquido y algo de vapor ( flash gas ) al evaporador y, por absorción e
calor se convierte en vapor en su camino al compresor.
Son sistemas mecánicamente simples con
controles eléctricos simples. Pero están restringidos para trabajos de muy baja
temperaturas o temperaturas criogénicas
Su diagrama de Mollier es:
Este sistema posee muchas configuraciones
de acuerdo a la necesidad y potencia del mismo, pero su estructura o
configuración básica es:
4.1.2.
SISTEMA
CON EVAPORADOR INUNDADO
Se caracterizan porque el nivel de líquido
en el evaporador es alto y es controlado por una boya en el acumulador a la
entrada del mismo; el refrigerante que sale del evaporador vuelve nuevamente al
acumulador y sólo el refrigerante en estado vapor sigue su camino al compresor.
Hay que tener en cuenta que el acumulador de líquido debe estar en una posición
o altura mayor que la del evaporador.
Entre las ventajas de usar un sistema con
evaporador inundado están:
No
hay recalentamiento en el evaporador.
Mayor
aprovechamiento del área del evaporador.
Las
variaciones de temperaturas en la condensación no afectan la etapa de baja
presión.
Entre las desventajas de usar un sistema
con evaporador inundado están:
Requiere una mayor
cantidad de refrigerante.
Mayor
inversión en equipos.
Se
presentan acumulaciones de aceite en tanques y evaporadores.
Sistema
eléctrico de control mas complejos
Su ciclo en el diagrama de Mollier es:
En posible esquema de conexión con
componentes sería:
4.1.3.
SISTEMA
CON EVAPORADOR INUNDADO RECIRCULADO
Es un sistema muy parecido al del
evaporador inundado, la diferencia radica en que el refrigerante en estado
líquido es bombeado al evaporador.
Entre las ventajas de usar un sistema con
recirculación están:
O
No
hay recalentamiento en el evaporador.
O
Mayor
aprovechamiento del área del evaporador.
O
Presión
constante en el evaporador.
O
Recuperación
casi total de aceite.
O
Se
pueden tener varios evaporadores con un mismo tanque de liquido refrigerante
Entre las desventajas de usar un sistema
con evaporador inundado están:
O
Requiere
una mayor cantidad de refrigerante.
O
Mayor
inversión en equipos.
O
Las
tuberías deben ser de mayor diámetro.
O
Consumo
de energía de las bombas.
O
Mayor
costo de operación.
4.1.4.
SISTEMAS
CASCADAS
Son utilizados para obtener bajas
temperaturas de acuerdo a los requerimientos establecidos. Pueden haber mas de
dos ciclos operando con refrigerantes diferentes por ciclo, donde los
refrigerantes no se mezclan entre si. Usan intercambiadores de calor en su
configuración.
Se pueden tener varias configuraciones,
entre ellas el ciclo de cascada sin intercambiador de calor en el ciclo de baja
presión:
El ciclo representado en el diagrama de
Mollier es:
Una posible configuración del sistema
sería:
En este sistema el ciclo de baja temperatura
tiene como función la de absorber el calor del espacio o recinto refrigerado a
baja temperatura enviarlo al intercambiador de calor para que sea absorbido por
el ciclo de alta temperatura:
Mientras que el ciclo de alta temperatura
tiene la función de absorber el calor generado en el ciclo de baja temperatura
en el intercambiador de calor y enviarlo al ambiente en el condensador:
El sistema anterior se pude adicionar un
intercambiador de calor secundario para trabajar en el ciclo de baja presión,
tal como se observa:
La representación del ciclo en el diagrama
de Mollier es:
Una posible configuración del sistema
sería:
Una configuración para este sistema sería:
4.1.5.
SISTEMAS
MULTIETAPAS CON CAMARA DE MEZCLA
En este sistema tiene en particular que el
líquido que sale del condensador pasa por el dispositivo de estrangulamiento y
de allí a la cámara de vaporización instantánea que se mantiene a una presión
entre la del evaporador y la del condensador. Todo el vapor que se separa del
liquido en dicha cámara, se transfiera a una cámara de mezcla directa, donde se
mezcla con el vapor que sale del compresor del ciclo de baja presión o baja
temperatura. La cámara de mezcla actúa como un enfriador intermedio regenerativo,
ya que enfría el vapor que sale del compresor del ciclo de baja presión y
caliente el que se extrae de la cámara de vaporización instantánea, llegando
ambos gases a un equilibrio. Estos sistemas requieren mayor inversión en
equipos pero menos potencia de operación.
La representación del ciclo en el diagrama
de Mollier es:
Una posible configuración de este sistema
es:
4.1.6.
SISTEMAS
MULTIETAPAS SIN CAMARA DE MEZCLA
Este sistema se diferencia del anterior,
porque no utiliza una cámara de mezcla y el refrigerante que sale del compresor
del lado de baja presión se mezcla en la cámara de vaporización instantánea o
tanque separador, por tanto posee menos accesorios mecánicos en el sistema.
La representación del ciclo en el diagrama
de Mollier es:
Una posible configuración del sistema
sería:
4.2.
CICLO
DE REFRIGERACION POR ABSORCION.
4.2.1.
ABSORCION
CON AMONIACO Y AGUA
Este ciclo de refrigeración fue inventado por el francés Ferdinand
Carré, quien lo patentó en los Estados Unidos en el año de 1860. Este sistema
funciona por la adición de calor para obtener frio; emplea una sustancia
refrigerante que es alternativamente absorbida y liberada por un fluido
absorbente.
El ciclo de absorción tradicional es el de agua con amonia o amoniaco (
NH3 ), que utiliza el principio de absorción del amoniaco, que en
este caso es el refrigerante, por el agua pura que para este caso, es el medio
absorbente.
Entra las características especiales de este sistema está que requiere
poco trabajo mecánico comparado con el sistema de compresión de vapor, pues el
único trabajo que se consume es el de la bomba empleada para la impulsión del
amoniaco concentrado o licor fuerte a una cámara vaporizadora o generadora por
adición de calor ya sea de una fuente de combustible, eléctrica, etc. El ciclo
de absorción se detalla a continuación:
|
|
En el absorvedor, entra el amoniaco en forma de vapor y a baja presión
proveniente del evaporador, pero también le entra o recibe una mezcla de agua
con amoniaco en poca concentración ( licor suave ) proveniente del generador.
Estos dos fluidos se mezclan en este absorvedor, de forma que el vapor de
amoniaco es absorbido en la solución ligera o por el licor suave.
El fluido que circula por la bomba, fuera del absorvedor, es entonces
una mezcla muy concentrada de agua y amoniaco que recibe ahora el nombre de
licor fuerte y es bombeado a un recipiente a alta presión llamado generador. En
el generador se le agrega calor externamente a la mezcla ya sea por la quema de
combustibles, resistencias eléctricas, etc; este calor agregado incrementa la
temperatura de la mezcla y como el amoniaco a esta presión ( entre 15 y 20
bares absolutos ) tiene una temperatura menor que la del agua, dicho amoniaco
se evapora y pasa al condensador en forma de vapor.
La mezcla que queda se convierte en licor suave que regresa al
absorvedor a través de una válvula restrictora que mantiene la diferencia de
presión entre los lados de alta y baja del sistema.
En el condensador y por efectos de disipación de calor, el amoniaco se
condensa y pasa a al elemento de expansión donde es extrangulado disminuyéndole
la presión ( entre 6 y 2 bares absolutos ) y de allí circula hacia el
evaporador donde absorbe calor y se vuelve a evaporara para volver nuevamente
al absorvedor de amoniaco.
4.2.2.
ABSORCION
CON LITIO BARIO O BROMURO DE LITIO Y AGUA
A diferencia que en el ciclo de amoniaco
con agua, en el generador o sea el elemento que recibe calor, en vez de
evaporarse al amoniaco, en este caso se evapora el agua y el LiBr queda en el
recipiente. Este mismo mas tarde cae por gravedad a través de un intercambiador
de calor enfriándolo; del intercambiador de calor, el Li Br llega al recipiente
llamado absorvedor. En cuanto al agua evaporada que sale del generador pasa a
un condensador donde se convierte de nuevo en agua e estado líquido y de allí a
una válvula de expansión donde se disminuye la presión y por ende la
temperatura.
Esta agua fría pasa al absorvedor donde
absorbe calor del evaporador y se evapora, este vapor de agua es absorbido
nuevamente por el LiBr que viene del intercambiador de calor. En este proceso
de absorción se libera calor por lo tanto se debe tener dentro del absorvedor
un intercambiador de calor para que absorva este calor ya que el calor
dificulta la absorción. Mas tarde, la
mezcla agua y LiBr es bombeada, incrementado la presión de la mezcla al
generador.
4.3.
ETAPAS
DEL PROCESOS DE REFRIGERACION
Por lo general en los procesos de
refrigeración se identifican dos etapas: la de congelación y la de
descongelación
4.3.1.
PROCESO
DE CONGELACION
Es el proceso donde se hace el retiro de
calor del recinto. En este proceso se tiene que:
·
El
compresor o la unidad condensadora esta en operación ( Para ciclos de
compresión de vapor ).
·
Hay
flujo de refrigerante en el condensador y el evaporador.
4.3.2.
PROCESO
DE DESCONGELACION O DESHIELO
En todos los sistemas de refrigeración,
donde las temperaturas de evaporación del refrigerante estén por debajo de los
0º C o 32º F, se presenta una condensación de la humedad o del vapor de agua
presente en el ambiente. Este se va formando como escarcha en los paneles o
aletas de los evaporadores u otros sistemas.
Con el tiempo este hielo va obstaculizando
el libre flujo de aire u otros fluidos, reduciendo la eficiencia del sistema de
refrigeración u otros inconvenientes. Cada cierto tiempo de operación del
equipo se debe pensar en realizar un proceso para descongelar el hielo
acumulado en los evaporadores. Este intervalo de tiempo generalmente va de 10
horas en adelante dependiendo del tipo de sistema, tamaño del mismo, etc.
4.3.3.
SISTEMAS
DE DESCONGELACION O DESHIELO
Antes de comenzar a hablar de los sistemas
de deshielo o descongelación, se debe pensar en las consideraciones que se
deben tener para realizar un proceso exitoso y que no atente contra el sistema
o los productos que se estén refrigerando. Entre estas consideraciones se
tienen:
·
Trate
en lo posible que no circule refrigerante a baja presión por el evaporador
durante el proceso de precalentamiento del evaporador. Esta condición depende
mucho del tipo de descongelación.
·
El
ventilador del evaporador debe estar apagado durante el proceso de
calentamiento del evaporador, pues si esta encendido, hará circular aire
caliente al recinto.
·
Debe
existir un sistema que controle el deshielo.
·
Después
del proceso de deshielo, se debe esperar un tiempo para que el agua producto
del deshielo, puede ser evacuada.
·
Después
del proceso de deshielo se debe asegurar un tiempo de escurrimiento del agua en
el evaporador y los conductos de desagüe.
·
Después
de la evacuación se hace circular refrigerante por el evaporador para
preenfriarlo, sin encender los difusores.
·
El
ventilador del evaporador, encenderá después de un tiempo de haber terminado el
deshielo, para asegurar el bombeo de aire frío al recinto.
De acuerdo a lo expresado anteriormente,
se pueden identificar las siguientes fases o tiempos de una descongelación:
·
Período
de aumento de la temperatura en el evaporador: En este período se aumenta la
temperatura en el evaporador por varios medios, para que el hielo se derrita.
Durante este período, los ventiladores o forzadores del evaporador permanecen
apagados salvo en el deshielo de Ciclo Fuera.
·
Periodo
de escurrimiento: Es un tiempo que se da para que el agua derretida se escurra
de las aletas o superficie del evaporador.
·
Período
de desagüe: Es el tiempo que se da para que el agua escurrida del evaporador
salga del recinto a través de tuberías de desagüe.
·
Periodo
de preenfriamiento del evaporador: Es el periodo en que se hace circular
refrigerante frio en el evaporador para llevarlo a una baja temperatura, para
que después pueda hacerse ventilar aire.
Nota: Los tiempos de escurrimiento y
desagüe, muchas veces se toman como uno solo. Entre los diferentes sistemas de
descongelación se tienen:
4.3.3.1.CICLO FUERA
Este sistema consiste en el apagado del
compresor para que el hielo del evaporador se descongele en forma natural.
Debido a esto este proceso es muy lento, puede durar de 4 a 10 horas
dependiendo el tamaño del equipo; las variaciones de temperatura del recinto
son muy elevadas. Durante el periodo de descongelación es recomendado que se
pongan a operar los ventiladores del evaporador para agilizar el proceso.
4.3.3.2.ELECTRICO
En este procedimiento, se emplean resistencias
eléctricas ubicadas en el evaporador, para que cuando se conecten a la energía,
éstas se calientan descongelando el hielo a sus alrededores. Es un sistema
sencillo, rápido para sistemas pequeños y medianos. Dependiendo del equipo, la
configuración de este sistema varía, pero en general sus esquemas o circuitos
son muy parecidos. En este sistema se debe tener en cuenta que:
Durante el proceso de deshielo o aumento
de temperatura del evaporador
·
Detener
la circulación de refrigerante por el evaporador.
·
El
ventilador del evaporador debe estar apagado.
Durante el proceso de escurrimiento y
desague del hielo descongelado:
·
Garantice
un tiempo de escurrimiento para que el agua que queda en el evaporador pueda
ser drenado.
·
Garantice
un tiempo para que el agua en los conductos pueda ser evacuada.
·
En
estos procesos de escurrimiento no debe circular refrigerante por el evaporador
ni debe estar encendido el ventilador del evaporador.
Durante la finalización del proceso de
descongelación o preenfriamiento del evaporador
·
La
circulación de refrigerante por el evaporador debe iniciarse nuevamente para
enfriarlo.
·
Durante
ese proceso se debe retardar un poco el encendido del ventilador del evaporador
para garantizar que haga circular aire frio.
4.3.3.3.GAS CALIENTE PARA UN SISTEMA CON UN
SOLO COMPRESOR Y UN SOLO EVAPORADOR
Este procedimiento, emplea el gas
refrigerante que sale del compresor a alta presión y alta temperatura para que
circule por el evaporador, convirtiéndolo en ese momento en un condensador. Es
un sistema rápido de descongelación para equipos medianos y grandes, pero que
debe utilizar elementos de protección del sistema como válvulas reductoras de
presión de succión o aspiración, un acumulador de succión y solenoides. En este
sistema se debe tener en cuenta que:
Durante el proceso de deshielo o aumento
de temperatura del evaporador:
·
Detener
la circulación de refrigerante proveniente de la válvula de expansión.
·
El
ventilador del evaporador debe estar apagado.
·
Se
debe proveer refrigerante en estado gaseoso y a alta presión de la tubería de
descarga del compresor
Durante el proceso de escurrimiento y
desague del hielo descongelado:
·
Garantice
un tiempo de escurrimiento para que el agua que queda en el evaporador pueda
ser drenado.
·
Garantice
un tiempo para que el agua en los conductos pueda ser evacuada.
·
En
estos procesos de escurrimiento no debe circular refrigerante por el evaporador
ni debe estar encendido el ventilador del evaporador.
Durante la finalización del proceso de
descongelación o preenfriamiento del evaporador:
·
La
circulación de refrigerante por el evaporador debe iniciarse nuevamente para
enfriarlo.
·
Durante
ese proceso se debe retardar un poco el encendido del ventilador del evaporador
para garantizar que haga circular aire frio.
El sistema como mínimo debe tener los
siguientes componentes:
·
Una
solenoide de gas caliente.
·
Un
acumulador de succión.
·
Una
valvula reguladora de presión de succión o carter.
4.3.3.4.HIDRAULICO
En este procedimiento, se bombea un
líquido caliente o salmuera al evaporador haciendo que el hielo se descongele.
Este procedimiento requiere sistemas hidráulicos, sistemas de drenaje y otros
sistemas de control complementarios que incrementan costos.
Ver video:
4.3.3.5.GAS CALIENTE EN FLUJO CONTRARIO
PARA VARIOS EVAPORADORES CON UNO O VARIOS COMPRESORES ( RACKS )
Cuando se emplea gas caliente para
descongelación teniendo varios evaporadores, no se pude hacer el ciclo normal
ya visto de descongelamiento, por la sencilla razón que el gas caliente
proveniente de un evaporador y en su camino al compresor aumentaría la presión
en los otros evaporadores afectando sus temperaturas. Para hacer este proceso,
el gas caliente fluye en forma inversa, tal como se observa en la figura:
CORTESIA SPORLAN
Cuando se va a realizar el proceso, se
tiene una válvula solenoide o una válvula de descongelación de tres vías, hace
circular al gas caliente hacia el evaporador, este llega a la VET y se desvía
por la válvula de cheque y de allí llega al colector de liquido, al cual se la
ha disminuido la presión por otros medios para que pueda haber el flujo en esa
dirección.
4.4.
MEDICION
DE PRESIONES EN UN SISTEMA
En todo sistema de refrigeración o
climatización hay que identificar tres presiones:
·
La
presión de equilibrio del sistema: Es aquella presión que posee el refrigerante
cuando sistema cuando está apagado o en reposo. Se calcula mediante la fórmula:
Presion equilibrio
= ( Presion succion + presión descarga) / 2
·
La
presión de baja o succión: Es la presión que posee el refrigerante cuando el
sistema está en operación y es la que tiene en el trayecto del elemento de
expansión, pasando por el evaporador y llegando al compresor.
·
La
presión de alta o descarga: Es la presión que posee el refrigerante cuando el
sistema está en operación y es la que tiene en el trayecto del compresor,
pasando por el condensador y llegando al elemento de expansión.
4.4.1.
INSTRUMENTO
PARA MEDIR PRESIONES EN LOS SISTEMAS DE REFRIGERACION
El instrumento para medir estas presiones
el famoso juego de manómetros, compuesto por un cuerpo de válvulas ( alta y
baja ), dos relojes o manómetros y tres mangueras:
·
Manguera
azul o de baja: Empleada para mediciones de presiones de baja o de succión
·
Manguera
amarilla o de servicio: Encargada de las cargas, descargas de refrigerante , lo
mismo que aceite.
·
Manguera
roja o de alta: Empleada para mediciones de alta presión.
Ver video:
Otra función que poseen estos manómetros
es el de proporcionarnos las temperaturas de saturación o cambio de fase de
acuerdo a las presiones dadas.
Ver video:
4.4.2.
TIPOS DE MANÓMETROS
La diferencia de estos manómetros radica
en accesorios como mirillas, numero de tomas y mangueras, tipos de conexiones,
etc.
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Ver video:
En
cuanto a las mangueras, lo importante es verificar las presiones de trabajo de
las mismas que se encuentran impresas en el cuerpo de cada una de ellas, las
hay de diferentes longitudes y terminales sin o con válvulas de paso.
Ver
video:
4.4.3.
PUERTOS
PARA MEDIR PRESIONES EN UN SISTEMA DE REFRIGERACION O CLIMATIZACION.
Antes de hacer este procedimiento recuerde
tener los elementos de protección personal, ya que se va a trabajar con
presiones. En todos los sistemas se tiene tomas para medir presiones, las mas
comunes son las tomas Schrader y las válvulas rotolock o rotalock:
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Válvulas
rotolock |
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Válvulas
Schrader |
Las válvulas Schrader son muy empleadas en
sistemas domésticos y comerciales de refrigeración, también llamadas válvulas
de gusanillo; las válvulas rotolock son muy empleadas en sistemas comerciales e
industriales.
Hay dos formas de medir presiones en un
sistema: cuando se tiene confianza que le equipo está en óptimas condiciones de
operación, esta medición se hace con el equipo en operación. Si no se tiene
certeza que el equipo esta optimas condiciones, entonces haga la operación con
el equipo apagado, purgue mangueras y después encienda equipo para medir las
presiones del mismo.
4.4.3.1.
VALVULA CARGA TIPO ROTALOCK O ROTOLOCK
En los
compresores de medio a alto caballaje y cuando la tubería de servicio se emplea
para otras funciones, se hace necesario el empleo de la válvula rotalock. Es
básicamente un dispositivo que va roscado al compresor u otro accesorio del
sistema que por lo general posee tres tomas o conductos; uno de ellos de mayor
diámetro que es por donde entra la tubería de succión, uno para tomar de medida
de presión y otro para servicio (carga de refrigerante). Poseen un vástago de
cierre que se abre o cierra empleando una llave rache.
La toma que está
cerca del vástago se emplea para servicio como carga o descarga de refrigerante
o para una medición momentánea de presión. Cuando el vástago está totalmente
afuera, esta toma se obstruye, lo cual se aprovecha para quitar el juego de
manómetro de la válvula rotalock.
Otra forma de
identificarla es porque su conducto interno es el más ancho de las dos tomas.
La toma que está
alejada del vástago se emplea para:
·
Conectar un medidor permanente de presión.
·
Conectar el presóstato de baja presión.
·
Conexión de cualquier dispositivo que requiera una
permanente medición de presión.
Esta toma, sea
cual fuese la posición del vástago no se obstruye. Otra forma de identificarla es porque su conducto
interno tiene al fondo un orificio pequeño.
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Aunque su uso general está en los
motocompresores, también existen válvulas tipo rotalock para recibidores de
líquido a diferencia de la del compresor, la rotalock de líquido solo tiene la
toma de servicio. La toma para la entrada de la tubería puede ser de conexión
roscada o de conexión soldada.
Ver videos:
Siendo las válvulas Schrader de conexión
rápida, al conectar la manguera, el punzón del extremo de la manguera acciona
el gusanillo, haciendo que el refrigerante salga.
En
relación a las válvulas rotolock del recibidor o estanque de líquido, se usan
por lo general a la salida y/o entrada de los recibidores de liquido o
refrigerante; pueden usar las de compresor o las suyas, estas pude nono tener
un puerto de servicio.
Ver video:
En
relación a las válvulas que usan los equipos de aire acondicionados tipo Split,
son válvulas que permite el flujo de refrigerante entre las unidades externas y
la unidades internas del equipo; el puerto de servicio está en la válvula de
succión del equipo, aunque también pude haber un puerto de servicio en la
válvula de mezcla a baja presión.
Ver video:
En los equipos de aire acondicionado
comerciales, son válvulas que permiten el flujo de refrigerante entre las
unidades externas y las unidades internas del equipo; para estos equipos ambas
válvulas poseen puerto de servicio, tanto en la válvula de succión del equipo
como en la de líquido a alta presión.
Ver video:
5.
MEDICION
DE TEMPERATURAS EN UN SISTEMA
En todo sistema de refrigeración o
climatización hay que medir temperaturas ya sea en os diferentes puntos del
sistema, tales como:
·
Temperatura
refrigerante entrada compresor.
·
Temperatura
refrigerante salida compresor.
·
Temperatura
refrigerante entrada condensador.
·
Temperatura
refrigerante salida condensador.
·
Temperatura
refrigerante salida evaporador.
Así como las temperaturas de recinto,
temperatura del ambiente, etc. Para ello se usan los termómetros entre los
cuales se tienen:
Algunos de estos usan sensores tipo K de
varias formas tales como:
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Ver video:
FIN
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