Laboratorio de termosistema

REVISTA DE LABORATORIO DE TERMOSISTEMAS

Hechas por José Pineda

Edición Agosto 2020

ÍNDICE

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Receptor de líquidos Acumulador de succión Separador de aceite Tubo capilar Válvula de expansión

RECEPTOR DE LÍQUIDOS

LOS tanque receptor de líquido para refrigerante líquido El refrigerante se bombea de las diversas partes y se almacena en receptor de líquido en el curso del servicio. Hace uso de una cantidad de refrigerante en el sistema, lo menos importante. A veces, receptor, incorporado en el extremo inferior de la condensador. La mayoría de los receptores tienen válvulas de servicio. Una fina malla de cobre en la salida evita la suciedad de las válvulas de control de refrigerante.

Receptores de líquidos a menudo se encuentran en sistemas que usan el lado bajo del flotador o válvula de expansión tipo de gestión de refrigerante. Tubo capilar los sistemas no usan receptores líquidos (todo el refrigerante líquido se almacena en el evaporador fuera de su ciclo). Hay un mayor uso de sistemas cerrados y gestión de refrigerantes de tubos capilares. Esto ha reducido la necesidad de receptores de líquidos en los sistemas domésticos y muchas pequeñas unidades comerciales.

En sistemas comerciales grandes, el receptor proporciona reserva de refrigerante líquido. Esto garantiza que la línea de líquido, el subenfriamiento del refrigerante y la tira de flash libre. El recipiente debe proporcionar suficiente espacio para el refrigerante durante los bombeos automáticos (fines de descongelación y cuando no se utilizan algunos de los evaporadores).

Algunos sistemas que tienen condensador enfriado al aire libre necesitan una habitación en el receptor para el refrigerante opcional. Sin espacio adicional, el fluido llena parcialmente el condensador cuando la presión del cabezal es demasiado baja. El líquido se moverá a través del condensado

REGULADORES DE LA PRESIÓN DEL RECEPTOR DE LÍQUIDO (PARA R22, HFC) Los reguladores de la presión de condensación modulan el paso del líquido (gas caliente), en función de la variación de la presión de condensación (descarga del compresor), delante del regulador en sí. Compatible con el refrigerante R744

ELEMENTOS PRINCIPALES DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN Para que un sistema de refrigeración funcione correctamente y el ciclo frigorífico se lleve a cabo, hacen falta una serie de componentes indispensables para que el refrigerante cambie de estado dentro del circuito y «fabricar el frío» sea posible. De esta manera construimos un Sistema de Refrigeración para electrodomésticos como neveras, cámaras frigoríficas, aire acondicionado y cualquier sistema de producción de frío.

Los componentes principales del Sistema de Refrigeración Receptor (Depósito) Su función consiste en proporcionar el almacenamiento para el líquido procedente del condensador para que haya un suministro constante de líquido para el evaporador, según las necesidades del mismo.

Línea de Líquido Su función consiste en llevar el refrigerante líquido desde el receptor hacia el control de flujo de refrigerante.

Control de Flujo de Refrigerante Sus funciones consisten en medir la cantidad adecuada de refrigerante que va hacia el evaporador y en reducir la presión del líquido que entra en el evaporador, para que así el líquido se evapore en el evaporador a la temperatura baja deseada.

ACUMULADOR DE SUCCIÓN

Una de las fallas más comunes en los compresores de refrigeración, es la inundación; es decir, el regreso de refrigerante y/o aceite líquidos en grandes cantidades. Esto puede causar daños a los compresores, que van desde la dilución del aceite con refrigerante líquido, hasta el «Golpe de Líquido». Como es sabido, los líquidos no se comprimen y los compresores están diseñados para comprimir vapor únicamente, y tienen muy poca tolerancia para el refrigerante o el aceite líquidos.

Un acumulador de succión es, básicamente, un recipiente a presión, diseñado para evitar daños al compresor a causa de una inundación repentina de refrigerante o aceite líquidos, la cual puede llegar por la línea de succión hacia el compresor. Un acumulador de succión es un depósito temporal para retener el exceso de esta mezcla de aceite y refrigerante líquidos, y posteriormente enviarla en forma de gas, a una proporción que el compresor pueda manejar de manera segura.

ACUMULADOR DE SUCCIÓN

Tipos de Acumuladores Básicamente, existen dos tipos de acumuladores (trampas) de succión: de tubo en «U» y de tubo vertical, de los cuales se derivan algunas variantes en cuanto a la posición de instalación, la forma de medir el líquido de regreso al compresor, y si llevan intercambiador de calor o calentador eléctrico.

El tipo más sencillo de acumulador, es un recipiente que colecta refrigerante líquido, lo retiene hasta que se evapora y lo regresa al compresor de forma natural.

APLICACIÓN ACUMULADOR DE SUCCIÓN Los acumuladores para la línea de succión se instalan en sistemas de refrigeración y aire acondicionado, donde existe la posibilidad de un repentino regreso de líquido por la línea de succión Estos sistemas pueden ser: bombas de calor, exhibidores de baja temperatura, camiones refrigerados, enfriadores de líquidos (chillers) y cualquier sistema que esté diseñado para operar con un bajo sobrecalentamiento. En estos sistemas, los compresores son extremadamente susceptibles a sufrir daños por el refrigerante líquido.

Un acumulador de succión en cualquiera de los sistemas antes mencionados, asegura una protección máxima a un precio nominal, cuando se compara con el costo de la reparación o reemplazo de un compresor dañado por regreso de líquido.

Los acumuladores han sido utilizados por décadas, primero en equipo original, y más recientemente, como equipo instalado en el campo. Aunque se han tenido disponibles los datos de aplicación, su significado con respecto al acumulador y al funcionamiento del sistema, nunca se ha aclarado. Los fabricantes se han visto obligados a evaluar cada modelo en términos del sistema en el cual se va a aplicar

¿QUÉ ES UN SEPARADOR DE ACEITE? Consiste en un tanque o cilindro con mallas a la entrada y salida y bafles, con los cuales se separa el aceite lubricante del refrigerante; dicho aceite, evitando que entre a otros componentes del sistema, cae hacia el fondo del separador y regresa al cárter del compresor”.

El refrigerante y el aceite están siempre presentes, y a pesar de ello y de que el primero es requerido para el enfriamiento y el segundo para la lubricación del compresor, la proporción de mezcla de ambos componentes depende directamente del tipo de refrigerante y de los valores de temperatura y presión de trabajo.

De esta manera, el uso del separador es muy importante en instalaciones de baja temperatura, en grandes instalaciones de aire acondicionado, cuando la disposición de la instalación no permite un franco retorno del aceite, en instalaciones que trabajan con evaporadores del sistema inundado o semiinundado, cuando el compresor se instala a larga distancia del evaporador y en compresores que trabajan a velocidades elevadas.

Así, un mecanismo con flotador, controla una válvula que abre una línea de retorno de aceite, regresándolo directamente hacia el cárter del compresor y cuando su nivel esté lo suficientemente alto; después, el flotador se levanta y abre la válvula de retorno regresando el aceite rápidamente hacia el cárter, esto es porque la presión en el separador de aceite es mayor que la presión en el cárter del compresor.

En este sentido, los separadores de aceite son generalmente muy eficientes, ya que la cantidad de aceite que circula en el sistema se reduce al mínimo; además, con la ayuda de algunos dispositivos básicos se mantiene el nivel constante en el cárter del compresor, ya sea con un regulador de nivel de aceite o con un tanque recibidor de aceite.

¿CUÁNDO USAR UN SEPARADOR DE ACEITE? Estos

componentes se consideran esenciales en instalaciones de unidades de baja temperatura y de aire acondicionado de hasta 150 toneladas, cuyo propósito es mantener el nivel de aceite correcto en el cárter; sin embargo, se han encontrado otros beneficios, como incrementar la vida del compresor y reducir el desgaste y los daños por falta de lubricación. Además, un separador en el sistema es el efecto silenciador en las pulsaciones del gas de descarga del compresor y se cambia la velocidad y dirección del gas de descarga.

Por otro lado, “aunque el aceite sirve como lubricante del compresor y sólo una pequeña cantidad de aceite circula por el sistema, es un líquido que actúa negativamente en la transferencia de calor en las superficies de intercambio, como el condensador y el evaporador si su flujo no se conserva al mínimo; es decir, una excesiva cantidad de aceite puede provocar que el compresor se quede sin él, ocasionando daños permanentes en otras partes del sistema, como en las bielas, pistones, espirales y cigüeñal, según el tipo de equipo.”

APLICACIONES SEPARADOR DE ACEITE Se recomienda usar un separador de aceite en la tubería de la descarga para: Sistemas de baja temperatura Sistemas que emplean evaporadores sin retorno de aceite, como los enfriadores de líquido inundados Sistemas en los cuales el control de capacidad y los tubos verticales de succión o descarga causen problemas serios en el diseño de la tubería Riesgo en el uso de separadores de aceite El riesgo principal de usar un separador de aceite en la línea de la descarga del compresor se relaciona con la posibilidad de que el refrigerante líquido pase del separador de aceite hacia el cárter del compresor cuando el sistema no esté en funcionamiento. El refrigerante líquido se puede drenar hacia el separador de aceite desde la tubería de descarga o condensarse en el mismo separador de aceite durante un periodo de paro.

Por otro lado, en el Manual Técnico de Refrigeración y de Aire Acondicionado, de Emerson Climate Technologies, se explica que durante la operación del compresor, la temperatura del separador de aceite será relativamente alta y no existirá el riesgo de que se condense el refrigerante líquido en el separador de aceite cuando esté instalado junto al compresor; aunque durante un periodo de paro, el separador de aceite tiende a enfriarse hasta la temperatura de condensación, entonces, el refrigerante puede condensarse fácilmente en el interior de éste. El aumento en el nivel de líquido en el separador de aceite abrirá la válvula del flotador y pasará la mezcla de aceite y refrigerante líquido hacia el cárter del compresor.

SEPARADOR DE ACEITE EN EL CICLO DE REFRIGERACIÓN Funcionamiento y selección Los compresores de refrigeración son lubricados con un aceite especial que se ubica dentro del cárter del compresor, y desde aquí es transmitido en la mayoría de los casos por medio de una bomba hacia las partes móviles como cojinetes, bielas y demás. Cuando se opera el compresor, se inicia su proceso de lubricación y es casi imposible evitar que parte del aceite sea bombeado junto con el vapor de refrigerante comprimido y que comience a circular a través del sistema. Pequeñas cantidades de aceite no representan un daño para el sistema, e inclusive pueden lubricar accesorios como las válvulas. Sin embargo, en componentes como el condensador y el evaporador, este aceite no es necesario, y en grandes cantidades provoca problemas, los cuales pueden evitarse manteniendo al aceite en su lugar, en el cárter, haciendo uso de un separador de aceite.

El separador de aceite es un dispositivo, como lo dice su nombre, diseñado para separar el aceite lubricante del refrigerante, antes de que entre a otros componentes del sistema y regresarlo al cárter del compresor. Originalmente, su propósito era mantener el nivel de aceite correcto en el cárter del compresor, pero con el tiempo se han encontrado otros beneficios al prevenir la circulación libre de pequeñas cantidades de aceite en el sistema. Su uso se ha vuelto muy común, y es considerado por la mayoría de los ingenieros y técnicos como un artículo esencial en instalaciones de unidades de baja temperatura y unidades de aire acondicionado de hasta 150 toneladas. La eficiencia global de un sistema mejora mucho donde se utiliza un separador de aceite, sobre todo para las temperaturas que se ven con más frecuencia en los refrigeradores de autoservicios y supermercados, que manejan temperaturas de evaporación alrededor de los -35 a -40°C.

SEPARADOR DE ACEITE EN EL CICLO DE REFRIGERACIÓN Funcionamiento y selección Si se mantiene el nivel de aceite adecuado, la vida del compresor se alarga y se elimina el desgaste y los daños que se puedan causar debido a la falta de lubricación. Adicionalmente, aporta un efecto silenciador en las pulsaciones del gas de descarga del compresor. El diseño básico de un separador de aceite reduce estas pulsaciones, modificando la velocidad y dirección del gas de descarga, reduciendo el nivel de ruido.

El separador de aceite se instala en la línea de descarga, entre el compresor y el condensador.

El aceite y el refrigerante en un sistema de refrigeración forman lo que se conoce como mezcla. A diferencia de un compuesto, que sus componentes solamente pueden ser separados por medio de cambios químicos, una mezcla es la unión física de varios componentes, y puede separarse por medios físicos, justo como sucede con el separador de aceite.

SEPARADOR DE ACEITE EN EL CICLO DE REFRIGERACIÓN Funcionamiento y selección Existen tres factores principales de los que depende el separador de aceite para su operación: Reducción de la velocidad del gas refrigerante.

Cambio de dirección del flujo del gas.

Superficie de choque a la cual se va a adherir el aceite.

El gas de descarga y cargado de aceite sale del compresor a alta velocidad, y a través de la línea de descarga llega a la entrada del separador de aceite. El aceite tiene la misma velocidad pero en forma líquida, y su inercia también es mayor ya que tiene una densidad más alta que el refrigerante.

TUBO CAPILAR Un tubo capilar es una conducción de fluido muy estrecha y de pequeña sección circular. Su nombre se origina por la similitud con el espesor del cabello. Es en estos tubos en los que se manifiestan los fenómenos de capilaridad LOS CAPILARES Y SU FUNCIONAMIENTO Un tubo capilar es una tubería de cobre larga, de entre 1 a 6 metros aproximadamente y tiene un orificio de diámetro de entre 0.5 mm a 3.00 mm. Pueden trabajar con distintos refrigerantes, como el R 134a, refrigeradores domésticos, R 404a, equipos fraccionarios de refrigeración o conservación, R 22 confort aire acondicionado, R 410A aire acondicionado equipos de 1 a 3 T/R, entre muchos más.

La función del capilar es mantener el flujo constante de refrigerante (flujo másico), reduciendo la presión que proviene del condensador (líquido saturado), y son instalados de acuerdo a la carga térmica o energía que debe agregar o quitar de un espacio o producto en forma de calor. La función de capilar es muy similar a la de una válvula de expansión, solo que en este caso, siempre mantiene el flujo del refrigerante y no regula la cantidad de refrigerante que necesita el evaporador de acuerdo a la carga térmica.

TUBO CAPILAR Dimensiones La longitud de este elemento depende del equipo HVACR en que se instale, así como de la carga térmica y del compresor. Por lo tanto, su selección se debe realizar de manera cuidadosa, de acuerdo con las especificaciones del fabricante sobre la cantidad de refrigerante, el tipo de elemento de expansión, etcétera. Además, es importante considerar lo siguiente: Si formará parte de los componentes de un sistema de aire acondicionado o de refrigeración Las temperaturas de conservación, condensación, succión y ambiente El tipo de refrigerante El grado de subenfriamiento Además de dañar el compresor, una instalación inadecuada del tubo capilar fomenta el dispendio de energía. Para evitarlo, el técnico debe conocer las tablas de selección. Por ejemplo, la tabla aplicable a unidades de aire acondicionado con R-22 y un sólo circuito:

TUBO CAPILAR Obstrucción del tubo capilar Las principales causas de un bloqueo en el orificio del tubo capilar responden a: Degradación del aceite y su acumulación en el tubo Presencia de humedad que se congela al atravesar la tubería Malas prácticas del técnico encargado del mantenimiento o reparación del equipo Moléculas del filtro deshidratador que se van desprendiendo debido al desgaste y el uso Bajo costo Sin partes en movimiento, por lo que no necesita mantenimiento Permite la igualación de presiones entre el condensador y el evaporador en los ciclos de paro del compresor Por lo anterior, se requiere de motores con un bajo par de arranque Ideal para sistemas con compresores herméticos precargados en fábrica Desventajas No se ajusta a las variaciones de cambio de flujo por cambio en las condiciones de operación Se puede obstruir fácilmente si hay impurezas o contaminantes en el sistema Requiere de la instalación de un filtro deshidratador, el cual puede ser unidireccional o bidireccional, dependiendo del tipo de equipo La carga de refrigerante es crítica

VÁLVULA DE EXPANSIÓN La válvula de expansión es un tipo de dispositivo de expansión, (un elemento de las máquinas frigoríficas por compresión) en el cual la expansión es regulable manual o automáticamente.

Tipos Manual; en que la regulación se realiza mediante un tornillo de ajuste. En este tipo de válvulas el sobrecalentamiento no depende de la temperatura de evaporación del refrigerante en su estado gaseoso, sino que es fijo.

Termostática; denominada VET o TXV, la cual actúa por medio de un elemento de expansión controlado por un bulbo sensor, el cual regula el flujo del refrigerante líquido a través del orificio de la VET Termostática con compensación de presión externa; denominada VETX,es una derivación de la VET para equipos medianos o grandes o que trabajen a altas presiones y variaciones de carga térmica. Además estas deben ser utilizadas en sistemas donde el evaporador tiene varios circuitos, y/o está acoplado a un distribuidor de refrigerante.

Electrónica o electromecánica (motorizada); trabaja mediante un control electrónico, en el cual sensores de temperatura envían señales a un CI (circuito integrado) y éste mediante esos datos mantiene un sobrecalentamiento dentro de los parámetros permitidos para el funcionamiento del equipo. (se utiliza principalmente en estanque de bombeo) Automática; la que mantiene una presión constante en el evaporador inundado proporcionando adecuadamente, mayor o menor flujo a la superficie del evaporador, en respuesta a los cambios de carga térmica al que es sometido.

LAS VÁLVULAS DE EXPANSIÓN TERMOSTÁTICAS Las válvulas de expansión termostáticas son desarrolladas para regular la inyección de refrigerante líquido a los evaporadores. Esta inyección de refrigerante estará siempre regulada por un elemento termostático que está situado en la parte superior de la válvula de expansión la cual es controlada en función del recalentamiento del refrigerante.

Existe una gran variedad de válvulas de expansión termostáticas, ej: R-22, R 404-A, R-717 (amoniaco). Con puerto balanceado, con carga MOP. En todas ellas el objetivo es entregar la máxima eficiencia del evaporador con un sobrecalentamiento adecuado.

Lo primero es analizar y conocer el funcionamiento de la válvula de expansión: consta de un elemento termostático (1) separado del cuerpo por medio de una membrana, el elemento termostático está en contacto con el bulbo (2) a través de un tubo capilar, un cuerpo con un asiento y orificio (3) y un muelle o resorte.

LAS VÁLVULAS DE EXPANSIÓN TERMOSTÁTICAS Funcionamiento P1: la presión del bulbo que actúa en la parte superior de la membrana y en dirección de apertura de la válvula.

P2: la presión del evaporador, que influye en la parte inferior de la membrana y en la dirección de cierre de la válvula.

P3: la fuerza del resorte, que influye en la parte inferior de la membrana y la única variable que es controlable por parte del técnico.

Cuando la válvula regula, hay un balance entre la presión del bulbo por la parte superior de la membrana y en contra se tendrá la presión del evaporador y la del resorte, esto con el fin de encontrar el sobrecalentamiento más adecuado de operación.

Sobrecalentamiento El concepto de sobrecalentamiento es el calor agregado al vapor después de la vaporización en la válvula de expansión. Esto se puede medir en el lugar donde está el bulbo que es la tubería de succión. La diferencia que existe entre la temperatura del termómetro y la presión de evaporación, traducida a temperatura que le corresponde, el resultado será el recalentamiento en el evaporador, el cual está diseñado para operar con un rango de recalentamiento de 5° C. Para obtener el sobrecalentamiento total basta con cambiar el termómetro hasta el final de la tubería de succión, 30 centímetros antes del compresor, y tomar la presión de succión a la entrada del compresor. La diferencia en temperatura será el sobrecalentamiento total el cual no deberá ser mayor a 15° C. Es muy importante aclarar que estas mediciones se deberán hacer cuando ya se haya obtenido la temperatura de cámara, si por algún motivo no se llega a la temperatura deseada se debe revisar bien el balance térmico o probables taponamientos por suciedad y/o humedad en el sistema de refrigeración.

LAS VÁLVULAS DE EXPANSIÓN TERMOSTÁTICAS Funcionamiento P1: la presión del bulbo que actúa en la parte superior de la membrana y en dirección de apertura de la válvula.

P2: la presión del evaporador, que influye en la parte inferior de la membrana y en la dirección de cierre de la válvula.

P3: la fuerza del resorte, que influye en la parte inferior de la membrana y la única variable que es controlable por parte del técnico.

Cuando la válvula regula, hay un balance entre la presión del bulbo por la parte superior de la membrana y en contra se tendrá la presión del evaporador y la del resorte, esto con el fin de encontrar el sobrecalentamiento más adecuado de operación.

Sobrecalentamiento El concepto de sobrecalentamiento es el calor agregado al vapor después de la vaporización en la válvula de expansión. Esto se puede medir en el lugar donde está el bulbo que es la tubería de succión. La diferencia que existe entre la temperatura del termómetro y la presión de evaporación, traducida a temperatura que le corresponde, el resultado será el recalentamiento en el evaporador, el cual está diseñado para operar con un rango de recalentamiento de 5° C. Para obtener el sobrecalentamiento total basta con cambiar el termómetro hasta el final de la tubería de succión, 30 centímetros antes del compresor, y tomar la presión de succión a la entrada del compresor. La diferencia en temperatura será el sobrecalentamiento total el cual no deberá ser mayor a 15° C. Es muy importante aclarar que estas mediciones se deberán hacer cuando ya se haya obtenido la temperatura de cámara, si por algún motivo no se llega a la temperatura deseada se debe revisar bien el balance térmico o probables taponamientos por suciedad y/o humedad en el sistema de refrigeración.

CONCLUSIONES Es un pequeño tubo de escaso diámetro y longitud utilizado en los laboratorios de química para demostrar las propiedades de la capilaridad. Este pequeño tubo también tiene aplicaciones en la refrigeración, pues al presentar un diámetro interno minúsculo -similar al grosor de un cabello- permite controlar la presión con la que se desplaza el flujo de refrigerante.

En el caso de los tubos capilares para laboratorios, tenemos que puedes utilizarlo para medir la temperatura a la cual una sustancia se funde completamente, es decir, su temperatura de fusión.

La masa de producto que coloques en el tubo será directamente proporcional al cuadrado del diámetro, esto quiere decir, que un tubo angosto puede succionar el líquido a mayores longitudes que un tubo ancho y mayor será su presión capilar.

El separador de aceite es un dispositivo, como lo dice su nombre, diseñado para separar el aceite lubricante del refrigerante, antes de que entre a otros componentes del sistema y regresarlo al cárter del compresor

CONCLUSIONES Qué función tiene un acumulador de aire?

Un depósito de aire comprimido es un recipiente cuya misión es la de acumular aire en su interior para regular el funcionamiento del compresor y estabilizar la red de aire comprimido.

Una válvula de expansión termostática (a menudo abreviado como VET o válvula TX en inglés) es un dispositivo de expansión el cual es un componente clave en sistemas de refrigeración y aire acondicionado, que tiene la capacidad de generar la caída de presión necesaria entre el condensador y el evaporador en el sistema.