libro maquinas frigorificas

MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOSFRIGORÍFICOS

U.D. 1 TERMODINÁMICA

M 1 / UD 1

MÓDULO UNO MÁQUINAS Y EQUIPOS FRIGORÍFICOS


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ÍNDICE

Introducción.................................................................................. 9

Objetivos ........................................................................................ 11

1. Introducción al temario.......................................................... 13

2. Definición de termodinámica ................................................ 14

3. Introducción al concepto de energía .................................... 15

4. Introducción al concepto de trabajo ..................................... 16

5. Expresión del primer principio de la termodinámica.......... 17

6. Termometría............................................................................ 18

6.1. Definición de calor....................................................... 18

6.2. Relación calor-movimiento molecular ........................ 18

6.3. Definición de frío ......................................................... 18

6.4. Intercambio de calor - Flujo de calor.......................... 19

6.5. Transmisión de calor .................................................... 20

6.6. Medición de la temperatura ........................................ 26

6.7. Escalas termométricas .................................................. 27

6.8. Fenómenos de dilatación............................................. 29

6.9. Cero absoluto y escala termodinámica........................ 32

6.10. Unidades de calor.......................................................... 33

6.11. Fórmulas para la conversión de unidades

de temperatura .............................................................. 33

6.12. Calor específico ............................................................. 34

6.13. Calor latente .................................................................. 35

6.14. Calor sensible................................................................. 37

6.15. Definición de sustancia pura ........................................ 38

6.16. Estados físicos de una sustancia pura........................... 38

6.17. Cambios de estado físicos ............................................. 40

6.18. Saturación ...................................................................... 51

6.19. Diagramas de propiedades para procesos

de cambios de fase......................................................... 54

7. Comportamiento de los gases ................................................ 60

7.1. Introducción.................................................................. 60

7.2. Características de los gases............................................ 60



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7.3. Definición de gas ideal.................................................. 63

7.4. Ecuación de estado de un gas ideal.............................. 64

7.5. Constante de gas universal............................................ 65

7.6. Masa molar..................................................................... 65

7.7. Compresión de un gas ideal ........................................ 66

8. Calor y trabajo ......................................................................... 68

8.1. Clasficación, formas y tipos de energía........................ 68

8.2. Definición de trabajo .................................................... 69

8.3. Tipos de transformación del trabajo............................ 71

8.4. Potencia.......................................................................... 73

8.5. Unidades de medida ..................................................... 74

8.6. Estudio de los ciclos termodinámicos .......................... 75

9. Estudio termodinámico de los ciclos de refrigeración......... 80

9.1. Introducción.................................................................. 80

9.2. El ciclo de refrigeración................................................ 80

9.3. Diagramas termodinámicos .......................................... 81

9.4. Diagrama P-V o diagrama de andrews ......................... 83

9.5. Diagrama T-S o diagrama entrópico ............................ 84

9.6. Diagrama P-H o diagrama entálpico ............................ 84

9.7. Diagrama H-S................................................................. 85

10. Higrometría............................................................................. 86

10.1. Introducción.................................................................. 86

10.2. Definiciones ................................................................... 86

10.3. Métodos y aparatos de medida ..................................... 96

10.4. Carta psicrométrica ....................................................... 99

10.5. Composición diagrama psicrométrico ......................... 100

10.6. Estudio de las operaciones de tratamiento de aire ..... 107

Resumen ........................................................................................ 117

Glosario.......................................................................................... 123

Cuestionario de Autoevaluación.................................................. 143

Bibliografía .................................................................................... 147



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INTRODUCCIÓN

La termodinámica se define como la parte de la física que estudia lasrelaciones existentes entre los fenómenos dinámicos y los caloríficos, esdecir, trata de la transformación de la energía mecánica en calor y delcalor en trabajo.

También describe y relaciona las propiedades físicas de sistemasmacroscópicos de materia y energía, así como los sistemas que seencuentran en equilibrio.

Un concepto esencial de la termodinámica es el de sistema macroscópico,que se define como un conjunto de materia que se puede aislarespacialmente y que coexiste con un entorno infinito e imperturbable.El estado de un sistema macroscópico en equilibrio puede describirsemediante propiedades medibles como la temperatura, la presión o elvolumen, que se conocen como variables termodinámicas, siendo posibleidentificar y relacionar entre sí muchas otras variables (como la densidad,el calor específico, la compresibilidad o el coeficiente de expansióntérmica), con lo que se obtiene una descripción más completa de unsistema y de su relación con el entorno.

Cuando un sistema macroscópico pasa de un estado de equilibrio a otro,se dice que tiene lugar un proceso termodinámico. Las leyes o principiosde la termodinámica, descubiertos en el siglo XIX a través de meticulososexperimentos, determinan la naturaleza y los límites de todos los procesostermodinámicos. Los principios de la termodinámica tienen unaimportancia fundamental para todas las ramas de la ciencia y la ingeniería.

En esta unidad nos centraremos en el estudio del comportamiento dela energía calorífica y las formas en que la energía se transforma en calor.

Esto nos ayudará a comprender mejor de forma general por qué lasmáquinas no pueden ser totalmente eficientes y por qué es imposibleenfriar un sistema hasta el cero absoluto, y en particular se estudiarány comprenderán los conceptos básicos que serán necesarios en lassiguientes unidades.

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OBJETIVOS

En esta unidad se pretende que el alumno adquiera conocimientosbásicos, y conozca conceptos que le serán útiles para la comprensión delas siguientes unidades. En concreto se tratará:

• Calor, frío, trabajo, potencia, transmisión de calor y sus mecanismos,medición de la temperatura, consecuencias de los cambios detemperaturas, parámetros característicos de los gases, ciclostermodinámicos y estudio del acondicionamiento de aire.

• Relaciones que existen entre los conceptos que se estudian, así comolas formas en las que se pueden alterar estas relaciones.

• Compresión de las relaciones que existen entre el estado de equilibriode un sistema y las influencias externas a las que está sujeto el mismo.

• El comportamiento de las sustancias utilizando como herramientala termodinámica y en particular los diagramas de fase.

• Proporcionar los fundamentos de psicrometría y de acondicionamientode aire para comprender mejor el funcionamiento de las instalacionesde acondicionamiento de aire.



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1. INTRODUCCIÓN AL TEMARIO

En esta primera parte del temario se estudiarán conceptos básicos de latermodinámica, como calor trabajo, comportamiento de los gases y ciclosfrigoríficos para poder comprender mejor los siguientes temas, quetienen como fin el estudio de sistemas frigoríficos que realicen lasconversiones deseadas entre distintos tipos de energía.



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2. DEFINICIÓN DE LA TERMODINÁMICA

La termodinámica se define como la ciencia que estudia, interpreta yexplica las interacciones energéticas que se dan entre los sistemasmateriales, formulando leyes que rigen dichas interacciones, o dicho deuna forma más practica, la termodinámica es la ciencia que estudia laenergía y sus transformaciones, incluidas la formación de potencia, larefrigeración y las relaciones entre las propiedades de la materia.



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3. INTRODUCCIÓN AL CONCEPTO DE ENERGÍA

Aunque intuitivamente todo el mundo tenga una idea del concepto deenergía, es difícil dar una definición precisa de él. A groso modo sepuede decir que es la capacidad para producir cambios.

Así por ejemplo, la obtención de energía de una persona se hace a travésde los alimentos.



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4. INTRODUCCIÓN AL CONCEPTO DE TRABAJO

La energía se emplea en andar, hablar, etc., en definitiva, en la realizaciónde actividades que suponen trabajo.

Siguiendo con este ejemplo, observamos que cuando una persona tieneuna energía de entrada (alimentos) mayor que su salida (ejercicio) ganapeso. También cuando una roca cae por un acantilado, gana velocidada costa de perder altura, es decir, conforme pierde energía potencialgana energía cinética.



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5. EXPRESIÓN DEL PRIMER PRINCIPIODE LA TERMODINÁMICA

Siguiendo los dos apartados anteriores, vemos cómo se cumple una delas leyes fundamentales de la naturaleza: “La energía ni se crea ni sedestruye; sólo se transforma”, principio que se expone de una formasencilla en la primera ley de la termodinámica:

∆ u = q-w

donde:

u es la variación de energía del sistema de un estado inicial hasta otrofinal Uf-Ui (energía final - energía inicial).

q es el calor generado en el proceso.

w es el trabajo realizado para pasar del estado inicial al estado final.

Concluyendo así que la energía se puede emplear para la obtención decalor y trabajo.



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6. TERMOMETRÍA

Cuando tocamos un objeto el sentido del tacto nos proporcionasensaciones que nos permiten comparar la temperatura de un cuerpocon respecto a otro o con el medio que lo rodea, pero se trata sólo deuna apreciación cualitativa y no es suficiente para poder dar una definicióndel término “temperatura”, que es una de las magnitudes básicas parael estudio de cualquier sistema termodinámico.

La termometría se basa en el estudio de los conceptos que hacen quepodamos convertir en algo cuantitativo o mensurable adjetivos como“frío” o “caliente”.

6.1. Definición de calor

El calor se manifiesta de muchas formas en nuestra vida diaria: el calorsolar, el calor generado al frotar las manos, el paso de corriente por unaresistencia eléctrica con el desprendimiento de calor de una bombilla,etc., así pues, es una sensación que percibimos cuando nos encontramosenfrente de un cuerpo incandescente.

El calor es la energía que se transfiere entre dos sistemas (o de un sistemay sus alrededores).

6.2. Relación calor - movimiento molecular

El calor está relacionado con el movimiento de las partículas que son lasdivisiones más pequeñas que se puede hacer de cualquier sustancia sinque pierda su identidad química; de la siguiente forma:

Una molécula al moverse genera calor y cuanto mayor sea su movimientoo velocidad más calor genera.

Por otro lado, esta molécula al moverse choca con otras moléculas que,a raíz de esto, ven aumentada su velocidad y por lo tanto su generaciónde calor y que a su vez chocan con otras moléculas que chocan conotras,... etc. Así pues, cuanto más alta sea la velocidad de las moléculasque componen una sustancia mayor será la temperatura de esa sustanciamanteniendo las condiciones del medio que la rodea.

6.3. Definición de frío

Es la sensación que se produce con la falta de calor, es el término negativodel calor, que indica su disminución o ausencia.

Si de alguna forma “extraemos” calor de una sustancia, el movimientode sus moléculas será cada vez más lento. La “potencia” de un compresor



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o máquina frigorífica está relacionada con este concepto, ya que se refierea la cantidad de frío producido, o mejor dicho, a la cantidad de calorque puede absorber.

Así, si en el apartado anterior veíamos cómo el calor era un indicadordel estado de agitación de las moléculas que componen una sustancia,en este apartado deducimos que el frío, por el contrario, es un indicadorde que el movimiento de las moléculas es lento.

6.4. Intercambio de calor - Flujo de calor

El movimiento de las partículas genera energía, como hemos vistoanteriormente. Este tipo de energía se llama calor, y se define como laforma de energía que se transfiere entre dos sistemas, o entre un sistemay su entorno, cuando sus temperaturas son diferentes, de forma que pasade uno a otro hasta que la cantidad de calor de ambos se iguala y se llegaa un estado de equilibrio.

Si pensamos en esto último deducimos con rapidez que el calor pasa delcuerpo o sistema que tiene “más cantidad de calor” al cuerpo o sistemaque tiene “menos cantidad de calor”.

Ejemplo: un caso muy cotidiano de esta transferencia de energía es loque ocurre en nuestros frigoríficos.

El evaporador de un frigorífico es la parte que absorbe calor, es decir elcuerpo frío (su configuración y funcionamiento será tratado con másdetalle en el apartado correspondiente de esta unidad didáctica); elcuerpo caliente lo forman los alimentos que metemos en la nevera.

Estos alimentos están, como poco, a temperatura ambiente cuando losintroducimos en la nevera; el evaporador, por el contrario, se encuentraa varios grados bajo cero, con lo cual, el calor de los alimentos pasa alevaporador, consiguiendo así que se enfríen.

El calor, como forma de energía, tiene las siguientes unidades de medidaentre las más usuales:

• Caloría [cal]: una caloría es la unidad de calor aportada o extraídapara aumentar o reducir en un grado centígrado la temperatura deun gramo de agua.

• Julio [J]: la cantidad de calor aportado o extraído para aumentar oreducir en un grado centígrado la temperatura de un gramo de aguaes equivalente a 4´187 Julios.

Esta es la unidad que se utiliza en el Sistema Métrico Internacional.

• British Thermal Unit [Btu]: un Btu es la unidad de calor extraída



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para reducir en un grado Fahrenheit la temperatura de una libra deagua.

Esta unidad de medida pertenece al sistema angloamericano.

• Frigoría [fg]: es la unidad que se utiliza en la industria frigoríficapara expresar las cantidades de calor transmitidas y para valorar lapotencia de los compresores y máquinas frigoríficas.

La Frigoría es una kilocaloría negativa:

1 fg = -1 kcal

En el caso de la potencia de las máquinas frigoríficas, la hora es launidad de tiempo utilizada para expresarla:

Potencia frigorífica = fg/h

La correspondencia entre las unidades antes expresadas es la siguiente:

1 Julio = 0´2389 kcal

= -0´2389 fg

= 0´9478 Btu

1 fg ó 1 kcal = 3´968 Btu

1Btu = 0´2516 kcal ó 0´2516 fg

6.5. Transmisión de calor

Como ya hemos visto en el apartado anterior, al estar un sistema enpresencia de otro, el calor se transmite del más caliente al menos caliente.Este intercambio de calor no se termina hasta que la temperatura deambos sistemas se iguale, llegando a un estado de equilibrio térmico.

La cantidad de calor transferida en el proceso entre dos estados 1 y 2 seexpresa por medio de Q 12, o sólo por Q. Por otro lado, q es la transmisiónde calor por unidad de masa de un sistema, y se determina de la siguientemanera:

q = Q/m (kJ/kg)

Así, en el ejemplo, q = 10/2 = 5kJ/kg



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Muchas veces es mejor conocer la cantidad de calor transferida porunidad de tiempo :

= Q/ t

En el ejemplo anterior = 10/5 = 2 kJ/s

En cuanto a la dirección del flujo de calor la cantidad Q = 10 kJ no nosdice nada por sí sola, es decir, no sabemos si los 10 kJ son transferidosa nuestro o por nuestro sistema, a no ser que adoptemos un criterio designos.

El signo universalmente aceptado para el flujo de calor es el siguiente:la transferencia de calor hacia un sistema es positiva y la transferenciade calor desde un sistema es negativa; en definitiva, los flujos queincrementen la energía de un sistema se consideran con signo positivoy los que la disminuyan se cuentan con signo negativo.

A la hora de la práctica debe darse gran importancia a los fenómenosfísicos que rigen la transmisión del calor de un sistema a otro, o a travésdel mismo, siempre intentando conseguir dos objetivos:

• Una transferencia de calor entre la parte fría y la parte caliente dela máquina frigorífica tan elevada como sea posible.

• Una transferencia de calor entre el espacio refrigerado y el exteriortan bajo como sea posible.

Para poder llevar a cabo estos dos objetivos es necesario distinguir losprocesos que permiten esta transferencia de calor, definir los coeficientesde transmisión para cada proceso así como definir el coeficiente globalde transmisión resultante de la simultaneidad de los distintos procesosde transferencia térmica.

Se consideran tres formas de transmisión física del calor desde un cuerpocaliente a un cuerpo frío:

- Por conducción.

- Por convección.

- Por radiación.

Conducción

La transmisión de calor por conducción es aquella que se realiza en unmismo cuerpo cuando sus partes presentan temperaturas distintas, otambién entre cuerpos distintos que se encuentran a distintas temperaturas,siempre que estén en contacto físico.

Es el resultado de aumentar la energía cinética parte de las moléculas



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de una sustancia, como se vio en apartados anteriores. Las moléculasque ven aumentada su energía cinética o velocidad van chocando conlas que tienen al lado y éstas a su vez con otras… etc., obteniendo comoresultado la propagación progresiva del calor en esa sustancia, cuerpoo sistema.

Un ejemplo típico de este mecanismo de transmisión de calor es lo queocurre cuando calentamos el extremo de una varilla metálica. Lasmoléculas del extremo ven aumentada su velocidad y comienzan a chocarcon las que tienen a su alrededor, haciendo que la varilla se caliente amedida que pasa el tiempo y se producen choques entre partículas. Éstaes la explicación de que existan zonas diferenciadas, en cuanto atemperaturas se refiere, dentro de la misma varilla; es porque elmovimiento de las partículas es distinto, es decir, el calor se vatransmitiendo de unas a otras a lo largo de un periodo de tiempoconforme se va transmitiendo el movimiento.

Otro ejemplo es lo que pasa cuando metemos una lata de refresco dentrodel frigorífico. El calor del fluido que contiene se va transmitiendo a lalata conforme ésta se enfría.

Entre los distintos materiales que existen se suele hacer una clasificaciónen dos grandes grupos, en función de la facilidad que tengan parapropagar el calor por conducción.

Aquellos materiales que no ofrecen resistencia a la propagación del calorse denominan conductores térmicos. Los metales en general son buenosconductores y, de entre ellos, la plata, el cobre y el aluminio son losmejores.

Los materiales que, por el contrario, ofrecen una gran resistencia a lapropagación del calor por conducción se denominan aislantes ocalorífugos. Entre ellos se encuentran, en general, cuerpos que almacenanaire, como las plumas, la lana y también el corcho, poliestireno, cartón,…etc.

También existen otros materiales que, sin ser aislantes térmicos, propaganel calor en muy poca medida, como pueden ser la madera, el vidrio,bastantes materias plásticas y la cerámica.

Todos estos materiales son muy útiles en la industria, como forros paramangos de objetos que pueden alcanzar temperaturas que pueden serpeligrosas para la piel humana, o como aislantes en construcción deedificios.

Por todo esto se puede deducir que cada cuerpo posee una resistenciaa la propagación del calor que le es propia, debiéndose determinar paracada uno la cantidad de calor que transmite, denominándose esa cantidadde calor coeficiente de conductividad térmica.



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El coeficiente de conductividad térmica de un cuerpo se define comola cantidad de calor que atraviesa en una hora un metro cuadrado dedicho cuerpo, con un espesor de un metro y una diferencia de temperaturade un Kelvin o un grado centígrado entre las dos caras del cuerpo. Estecoeficiente se denota como y sus unidades son vatios por metro cuadradode espesor y por kelvin:

: W/m x K

Otro concepto a tener en cuenta es el flujo de calor que atraviesa uncuerpo, denotado por cuya expresión es:

= x A x ( 1- 2) x 1/e

Dada esta fórmula, vemos como el flujo de calor que atraviesa un cuerpoes proporcional a:

• Coeficiente de conductividad térmica (W/m x K).

• La superficie a través de la cual se realiza el intercambio térmico A(m2).

• La diferencia de temperaturas entre la parte calida y la parte fríahacia donde se propaga el calor 1- 2 (ºC ó K).

y es inversamente proporcional al espesor que atraviesa e (m).

La cantidad de calor transmitida a través del cuerpo durante un tiempot vendrá dada por la expresión:

Q = t = x A x ( 1- 2) x 1/e x t

y se expresará en Julios (J).

Ejemplo: Consideremos el caso de un cuerpo compuesto por distintosmateriales, como puede ser la pared de una cámara frigorífica

Cada uno de estos materiales reaccionará al paso del flujo calorífico dediferente manera, como hemos visto con anterioridad, en función desus coeficientes de conductividad térmica y sus espesores, así que laexpresión correcta que deberemos adoptar para este caso en la siguiente:



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Donde K es el coeficiente de conductividad térmica de un murohomogéneo con un espesor total idéntico al tratado y que viene de lasiguiente expresión:

Para obtener la cantidad de calor transmitida a través de la pared en untiempo determinado, bastará con multiplicar la expresión de por elintervalo de tiempo transcurrido en segundos:

Convección

Este medio de transmisión de calor es típico de los líquidos y de los gases.

La diferencia de temperatura existente en el seno de los fluidos haceque las partículas más calientes pesen menos, provocando variacionesde densidad. Estas variaciones se deben a que las partículas del fluidoque están en contacto con una superficie sólida a distinta temperaturaven variada su velocidad por aporte o cesión de calor, como hemos vistoen otros apartados, creando en las demás partículas del fluido másmovimiento, conocidos como movimientos de convección, que tiendena igualar las temperaturas de los distintos puntos del fluido. Por lo tanto,los movimientos de convección son esenciales en la transmisión de calorde un cuerpo sólido y un fluido.

Existen dos tipos de movimientos de convección: naturales o forzados,por lo que siempre distinguiremos entre convección natural, que es laque se da, por ejemplo, en una instalación convencional de radiadores,y convección forzada, que es la que se produce con la utilización deventiloconvectores (se fuerzan corrientes de aire con ventiladores previosa una batería de agua haciendo que el aire adquiera temperatura cedidapor las baterías).

Ejemplo: El caso del funcionamiento del evaporador en un frigoríficosería también un caso típico de convección donde el vehículo que enfríalos alimentos es el aire que está en contacto tanto con los alimentos, dedonde recoge el calor, como con el evaporador, al que cede o absorbeel calor.

Tal y como ocurría con la convección, si consideramos una superficie Ade un cuerpo sólido a una temperatura 1 en contacto directo con unfluido a temperatura 2, el flujo de calor intercambiado entre el sólidoy el fluido vendrá dado por la expresión:

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y la cantidad de calor transmitida durante el tiempo t tendrá el valor:

donde hc es la cantidad de calor que pasa en una hora desde unasuperficie de un metro cuadrado, expuesta al medio ambiente, cuandola diferencia de temperatura entre dicha superficie y el medio ambientees de un grado Celsius, expresándose, por lo tanto, en W/m2 x K.

El flujo de calor transmitido por convección entre un cuerpo sólido y elfluido que lo rodea depende de diversos factores, como la diferencia detemperatura entre ambos, la velocidad con la que se desplaza el fluido,el material, la forma y las dimensiones del sólido, hecho que hace quelas leyes de la transmisión de calor por convección sean muy complejas.

Para los casos prácticos más comunes tendremos en cuenta que para elaire en calma hc = 5 a 7 W/m2 x K, valor que se eleva hasta 25 W/m2 xK para el aire con una gran agitación.

Radiación

La transmisión de calor por radiación se basa en que todos los cuerposemiten, bajo cualquier temperatura, radiación térmica de naturalezaelectromagnética.

Los rayos caloríficos se propagan en línea recta en el espacio, incluso enel vacío, ya que, al contrario de lo que les sucede a la convección yconducción, la radiación no necesita de ningún medio material parapropagarse.

Un cuerpo con una temperatura elevada emite calor, que es absorbidopor otro cuerpo denominado pantalla, que se encuentra a una temperaturainferior. La parte de calor que no es absorbida por el cuerpo pantalla,es reflejada.

Ejemplo: Un caso típico de calor que nos llega por radiación es el quenos aporta el sol.

Otro es el representado aquí, el calor que proporciona una lámparaincandescente.

La energía calorífica radiada por un cuerpo depende de su temperaturay del estado de su superficie exterior, y se corresponde con la siguienteexpresión:

donde R es una constante del cuerpo emisor y que depende del estadode la superficie del mismo.

Alcanza un valor máximo de 5´675 x 10-8 W/(m2 x K4) recibiendo elcuerpo que emite radiación a esta tasa tan elevada el nombre de cuerpo

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negro. La radiación emitida por superficies reales es menor que la emitidapor un cuerpo negro a la misma temperatura y se expresa como:

donde es la emisividad de la superficie y cuyo valor está comprendidoentre , es una propiedad que nos indica lo que se acerca unasuperficie a un cuerpo negro.

Otra propiedad importante de la radiación de una superficie es suabsorbencia , que nos indica la fracción de la energía de la radiaciónque absorbe. Al igual que la emisividad, es un valor que está entre

.

Un cuerpo negro es un absorbedor perfecto con lo que = 1, es tantoun emisor perfecto como un absorbedor perfecto.

6.6. Medición de la temperatura

El término temperatura hace referencia al nivel de energía caloríficaque posee un cuerpo y que, como toda magnitud física, se puede medir.

Gracias al sentido del tacto podemos apreciar la cantidad de calor queposee un cuerpo o sustancia. Esta apreciación es totalmente subjetiva,ya que depende en todo momento de la persona que experimente lasensación y además es una apreciación que se suele hacer por comparacióny siempre dentro de unos límites, puesto que temperaturas que estánmuy por encima o muy por debajo de temperaturas ambientes habituales,nos producen sensaciones dolorosas de quemazón, como, por ejemplo,tocar un metal al rojo vivo o tocar un trozo de hielo durante muchotiempo. Por lo tanto, vemos cómo el tacto nos conduce a error porqueno es exacto, no tiene un buen rango de sensibilidad y no se puedenrealizar medidas fieles.

Para poder realizar la medida correcta de la temperatura de un cuerpoo sistema debemos cumplir los siguientes puntos:

• No producir alteraciones en el sistema cuya temperatura se deseamedir (exactitud).

• El instrumento que utilicemos para realizar la medición ha de detectarrápidamente las variaciones de temperatura (sensibilidad).

• El rango de temperaturas que ha de detectar el instrumento demedición ha de ser amplio o, por lo menos, el adecuado para losniveles de temperatura a registrar (sensibilidad).

• Cualquier instrumento de medida de temperatura debe proporcionarel mismo valor de temperatura para mediciones realizadas en idénticascondiciones (fidelidad).

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• Las variaciones pequeñas de temperatura deben provocar variacionesapreciables en el aparato de medida (sensibilidad).

Los instrumentos utilizados para realizar mediciones de temperatura sedenominan termómetros y aprovechan la dilatación de algunos cuerpospor el calor, como en el mercurio o el alcohol (fenómeno que trataremosen otro punto del temario). También se pueden utilizar las variacionesde tensión de vapor de algunos fluidos o fenómenos termoeléctricos.

Entre los distintos tipos de termómetros que existen se encuentran lossiguientes:

• Termómetro de mercurio.

• Termómetro de alcohol.

• Termómetros especiales:

- Termómetro de máximas: termómetro de mercurio con unestrangulamiento en la base.

- Termómetros de mínimas: termómetros de alcohol que semantienen en posición horizontal.

- Termómetros de máxima y mínima: se trata de termómetrosmixtos de mercurio y alcohol.

• Termómetro de bulbo termostático.

• Termómetro de par termoeléctrico.

• Termopar.

6.7. Escalas termométricas

Para poder utilizar una base común para realizar mediciones detemperatura se han ido elaborando cientos de escalas a lo largo deltiempo, generadas a partir de estados fáciles de reproducir.

Actualmente, la graduación de los termómetros se realiza partiendo dedos puntos de referencia, A y B, característicos del agua a presiónatmosférica:

• A: la temperatura de fusión del agua.

• B: la temperatura de ebullición del agua.

Estos dos puntos son conocidos como los puntos fijos de la escalatermométrica y corresponden a fenómenos que son fácilmentereproducibles e invariables si se realizan siempre bajo las mismascondiciones de presión.

Después de determinar los dos puntos fijos A y B se divide la longitudde la recta que los une en un cierto número de partes iguales y se obtiene

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lo que se denomina escala termométrica.

A continuación, se detallan las cuatro escalas más utilizadas en la actualidad.

Centígrada o Celsius

Esta escala se consigue después de determinar los puntos fijos de la escalatermométrica A y B, dividiendo en cien partes iguales la distancia quelos separa, con lo que la centésima parte de la distancia entre los dospuntos fijos, representará la unidad de elevación de la escala, denotadopor º C, grado Celsius o grado centígrado.

Fahrenheit

Esta escala termométrica se utiliza en países anglosajones y en Japón.Sus puntos fijos se determinan reproduciendo las mismas pautas seguidasen la determinación de la escala Celsius, pero la diferencia con ésta esque la distancia entre A y B se divide en 180 partes iguales (no en 100),además el punto cero de la escala fue fijado arbitrariamente porFahrenheit, correspondiendo A (0º C en la escala Celsius) a +32º F y porlo tanto B (100º C en la escala Celsius) a 212 º F.

Teniendo en cuenta todas estas correspondencias se establece el siguientecálculo para la conversión de grados Fahrenheit en grados Celsius yviceversa:

hay que considerar la diferencia existente entre los dos puntos cero delas escalas (+32), con lo que obtenemos las formulas de conversiónsiguientes:

Reamur

Esta escala solo se diferencia con la escala Celsius en que el número dedivisiones que se hace del intervalo AB es 80 y no 100.

Kelvin

La escala Kelvin o termodinámica nace de la necesidad de tener una

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escala que sea independiente de las propiedades de una sustancia enSistema Internacional.

En termodinámica se demuestra que –273´15 º C es la temperatura másbaja que puede existir estando el calor totalmente ausente del cuerpo,es decir, el movimiento de las partículas que lo componen es totalmentenula. La unidad correspondiente a esta escala se denota por K.

El cero de la escala Kelvin corresponde a -273´15 grados centígrados,teniendo en cuenta esto y que el grado Kelvin (K) tiene el mismo valorque el grado Celsius (º C), la conversión entre una escala y otra tiene lasiguiente expresión:

6.8. Fenómenos de dilatación

En el apartado correspondiente a medición de la temperatura se hacíareferencia al fenómeno de dilatación de los cuerpos al elevar sutemperatura, así como a la utilidad de este fenómeno para la construcciónde aparatos de medida de la temperatura.

En este apartado se tratarán con detalle los fenómenos de dilatación desólidos y líquidos, estudiando en otro apartado aquellos fenómenos queacompañan a la dilatación de los gases.

Dilatación de los sólidos

La experiencia nos dice que cualquier sólido aumenta su longitud ovolumen de forma proporcional a la elevación de temperatura queexperimenta.

El alargamiento por unidad de longitud y por grado de elevación detemperatura viene dado por la siguiente expresión:

donde:

recibe el nombre de dilatación lineal.

es la longitud final del sólido a º C.

es la longitud inicial del sólido.

es la variación de temperatura experimentada en el proceso.

El coeficiente de dilatación lineal indica el valor del alargamientoexperimentado por la unidad de longitud del sólido cuando su

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temperatura se eleva 1º C. La tabla siguiente recoge los coeficientes dedilatación de algunos materiales:

Por otro lado, hay que saber que el calentamiento de los sólidoshomogéneos provoca un aumento de todas sus dimensiones, es decir, suvolumen aumenta a la vez que su temperatura, definiendo entonces elcoeficiente de dilatación cúbica de un cuerpo como sigue:

Es el aumento de volumen que alcanza la unidad de volumen del cuerposólido cuando su temperatura se eleva un grado Celsius.

Análogamente al coeficiente lineal, también existe el coeficiente dedilatación cúbica, dado por:

donde:

es el volumen del cuerpo sólido a º C.

es el volumen inicial del cuerpo sólido.

es la variación de temperatura experimentada en el proceso por elsólido.

El resultado de la experimentación y del planteamiento de cálculos ydeducciones matemáticas lleva a la conclusión de que la relación existenteentre el coeficiente de dilatación lineal de un cuerpo y el coeficiente dedilatación cúbica es la siguiente:

es decir, el coeficiente de dilatación cúbica es prácticamente igual altriple del coeficiente de dilatación lineal.

Ejemplo: un ensayo muy típico que se suele realizar para ver el fenómenode comprobación de los sólidos es hacer pasar una esfera metálica maciza

MATERIALZinc 2´90 x 10-5

Aluminio 2´24 x 10-5

Cobre 1´70 x 10-5

Hierro 1´22 x 10-5

Platino 0´9 x 10-5

Vidrio ordinario 0´9 x 10-5

Pyrex 0´3 x 10-5

Cuarzo 0´07 x 10-5

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por un aro, comprobando que tiene unas dimensiones inferiores a lasdel aro. Después se retira el aro y se calienta la esfera. El paso siguientees intentar pasar la esfera por el aro; la esfera habrá aumentado susdimensiones al haberse dilatado, comprobando así el fenómeno queestamos estudiando.

Dilatación de los líquidos

A la hora de experimentar con líquidos hay que tener en cuenta quesiempre será necesario un recipiente para contenerlos y que al aplicarlescalor para comprobar su grado de dilatación, los recipientes que loscontienen también se dilatan, lo que nos lleva a deducir que la elevaciónde los niveles que observamos en los líquidos no son las absolutas querealmente ha experimentado.

Es conveniente, por lo tanto, definir el coeficiente de dilatación absolutade un líquido:

Es el aumento de volumen experimentado por la unidad de volumendel líquido para una elevación de temperatura de un grado Celsius,según la expresión:

donde, análogamente al coeficiente de dilatación cúbica de un sólido:

es el volumen del líquido a º C.

es el volumen inicial del líquido.

es la temperatura final del líquido.

La tabla siguiente refleja los coeficientes de dilatación absoluta de algunoslíquidos:

LÍQUIDO mGlicerina 4´9 x 10-3

Acetona 1´4 x 10-3

Benceno 1´2 x 10-3

Alcohol etílico 1´1 x 10-3

Acido acético 1 x 10-3

Tolueno 1 x 10-3

Mercurio 0´182 x 10-3

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Consecuencias y aplicaciones de las fuerzas de dilatación

La principal consecuencia de la dilatación de los sólidos y líquidos esbastante evidente e intuitiva: su volumen aumenta, aunque su masapermanece constante.

Otra consecuencia que se aprecia experimentalmente es que debido alaumento o disminución del volumen de los cuerpos es necesario aplicarfuerzas que, generalmente, serán grandes, para combatir los efectoscausados en las variaciones de los cuerpos; un ejemplo de esto es lautilización de juntas de dilatación en la construcción.

Este punto, en el caso de los líquidos, es más crítico porque, por ejemplo,el aumento del agua al congelarse hace estallar tubería.

A continuación se enumeran algunas aplicaciones de la dilatación de lossólidos y de los líquidos:

• Crioensamblaje: consiste en enfriar una pieza para que se contraigay poder alojarla dentro de otra, de tal forma que cuando vuelva a sutemperatura normal recupere su volumen habitual y se ensamblenfuertemente. Una aplicación sería el acople de un eje dentro de unvolante.

• Termómetros: se basan en la dilatación aparente de un líquido.

• Corrientes de convección: estas corrientes son de aplicación parahacer circular el agua en instalaciones de calefacción central o paraenfriar motores. El líquido caliente, menos denso, sube, descendiendoa la vez el líquido frío, que es más denso. En los casos antesmencionados, el agua se calienta en los puntos más bajos de lainstalación, circulando por termosifón.

6.9. Cero absoluto y escala termodinámica

Como vimos en un capítulo anterior, se ha determinado que la temperaturamás baja posible corresponde a -273º C ó 0º K. A esta temperatura lasmoléculas de un cuerpo carecen de movimiento, es decir, el cuerpo noposee calor. Esta temperatura se denomina cero absoluto; en referenciaa este concepto, y como hemos visto, corresponde con el punto más bajode la escala termométrica del sistema Internacional, la escala Kelvin otermodinámica.

Otro concepto a tratar es el de la ley cero de la termodinámica, que sebasa en el concepto de equilibrio térmico.

Cuando dos cuerpos a distinta temperatura entran en contacto, seestablece un flujo de calor desde el que contiene más calor hacia el quecontiene menos, como ya hemos estudiado. Este flujo se interrumpecuando la cantidad de calor de ambos cuerpos se iguala; en este momento

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se dice que se ha llegado a un estado de equilibrio térmico.

La ley cero de la termodinámica establece que si dos cuerpos se encuentranen equilibrio térmico con un tercero, están en equilibrio térmico entresí. Parece algo absurdo, pero si pasamos al terreno práctico se traduceen que: dos cuerpos están en equilibrio térmico cuando el tercer cuerpo,que es un termómetro, registra la misma temperatura en ambos.

6.10. Unidades de calor

En este apartado se proporciona una tabla completa con las unidades yequivalencias de los conceptos tratados en el punto 6.4

6.11. Fórmulas para la conversión de unidadesde temperatura

En este apartado se recogen fórmulas para realizar la conversión deunidades del apartado anterior:

UNIDADES DE CANTIDAD DE CALORSistema métrico convencional Sistema métrico internacional Sistema yarda libraCal Kcal J kJ Btu1 0.001 4.186 0.004186 0.003968

1´000 1 4186 4.186 3.9680´2389 0.0002389 1 0.001 0.0009480238´9 0.2389 1000 1 0.9480

2.5 0.2520 1055 1.055 1

CONVERSIÓN DE UNIDADES DE CALORPASO DE UNIDADES FÓRMULA DE CONVERSIÓN

Cal=>kcal kca=0´0001xcalkcal=>cal cal=1000xkcalkcal=>kJ kJ=4´186xkcalkJ=>kcal Kcal=0´2389xkJkcal=>Btu Btu=3´968xkcalBtu=>kcal kcal=0´2520xBtuBtu=>kJ kJ=1´055xBtukJ=>Btu Btu=0´9480xkJJ=>kJ kJ=0´001xJkJ=>J J=1000xkJ

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6.12. Calor específico

Como ya sabemos, es necesario proporcionar calor a un cuerpo o sustanciapara elevar su temperatura.

También somos conscientes, de una forma intuitiva, de que sisuministramos cantidades iguales y constantes de calor a sustanciasdistintas, en periodos de tiempo iguales, las temperaturas que alcanzanlas sustancias son diferentes.

Ejemplo: Si durante cinco minutos suministramos el mismo número decalorías a un litro de agua y a un litro de alcohol etílico y medimos sustemperaturas, constatamos que estas temperaturas no son iguales.

Por lo tanto es fácil deducir que para masas iguales de sustancias ocuerpos distintos es necesario suministrar cantidades de calor distintassi se pretende conseguir la misma temperatura en ambos.

Además esta deducción nos lleva a pensar en la existencia de una magnitudque marque la cantidad de calor que es necesaria para elevar una unidadde masa de ese cuerpo de una temperatura a otra.

Esta magnitud se denomina calor específico y se define como sigue:

El calor específico de un cuerpo es la cantidad de calor c que hace faltasuministrar a la unidad de masa de ese cuerpo para elevar su temperaturaun grado Kelvin o un grado centígrado.

El calor específico de un cuerpo o sustancia puede ser hallado despejandode la fórmula siguiente:

donde:

Q es el calor aportado a la sustancia en J

c es el calor específico del cuerpo o sustancia en J/kgxK ó J/kgxºC

m es la masa del cuerpo o sustancia considerado en kg

y son las temperaturas inicial y final del cuerpo o sustancia enK o en º C (pero siempre en las mismas unidades ambas).

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A continuación se da una tabla con los calores específicos de algunosmateriales:

Como dato informativo, cabe destacar, que el agua posee el calor específicomás alto de todos los cuerpos, que como ya hemos dicho, se traduce enque su calentamiento o enfriamiento se producen más despacio.

Este hecho explica varios fenómenos que nos encontramos a nuestroalrededor:

Ejemplo: La regulación del clima gracias a los mares y océanos. El aguanecesita absorber o ceder mucho calor para cambiar su temperatura(calor específico alto), por lo que los mares y océanos juegan un papelimportante en la regulación del clima, absorbiendo el calor que paranosotros sería excesivo o cediéndonos el que nos es necesario.

Ejemplo: Otra utilidad del agua es como fluido refrigerante en instalacionesde frío o fluido caloportador en instalaciones de calor. Al ceder o absorbergran cantidad de calor y sólo experimentar cambios de temperaturapequeños (con respecto a las demás sustancias) es muy utilizada en lasinstalaciones antes nombradas.

Como último apunte, indicaremos que para sólidos y líquidos el calorespecífico es independiente de la temperatura, pero en el caso de losgases varía con estas dos magnitudes y es un factor que se tendrá encuenta en los puntos correspondientes de este temario.

6.13. Calor latente

Antes de hacer las definiciones que corresponden a este apartado, esnecesario que se introduzcan brevemente algunos conceptos que setratarán con más detalle en puntos sucesivos de este temario.

Se trata de conceptos que hacen referencia a los estados físicos de lamateria en la naturaleza.

La materia se puede encontrar en la naturaleza en tres formas físicas,que se denominan estados físicos de la materia y que son los siguientes:

CALORES ESPECÍFICOSCUERPO c (kJ/kgxK)

Agua 4´185Alcohol 2´469Hielo 2´093Cristal 0´837Hierro 0´465Cobre 0´397Mercurio 0´138Plomo 0´120

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• Sólido

• Líquido

• Gaseoso

Además de encontrar la materia en estos tres estados, es necesario decirque un cuerpo que está en un estado determinado puede pasar a otrosi se le suministra la energía o calor necesario para que se produzca dichocambio. Los cambios de estado que se pueden producir son los siguientes:

• Fusión: paso de estado sólido a líquido.

• Evaporación: paso de estado líquido a gas.

• Condensación: paso de estados gas a líquido.

• Solidificación: paso de estado líquido a sólido.

• Sublimación: paso de estado sólido a estado gas.

Con este breve adelanto de conceptos ya se pueden definir los distintospuntos a tratar en este apartado.

Se denomina calor latente a la cantidad de calor que hay que suministraro extraer a la unidad de masa de un cuerpo para provocar en él uncambio de estado, sin que esto provoque un cambio de temperatura.

Como ya se apunta, este aporte de calor produce un cambio de estadopero no de temperatura. Este tipo de proceso se denomina endotérmico.

Así pues, definimos distintos tipos de calor latente correspondientes adistintos cambios de estado:

• Calor latente de solidificación: Es la cantidad de calor que es necesarioextraer de un cuerpo líquido para que pase a estado sólido sin quevaríe la temperatura de dicho cuerpo.

• Calor latente de fusión: Es la cantidad de calor que es necesariosuministrar a un cuerpo sólido para que pase a estado líquido sinque varíe la temperatura de dicho cuerpo.

• Calor latente de evaporación: Es la cantidad de calor que es necesariosuministrar a un cuerpo líquido para que pase a estado gas sin quevaríe la temperatura de dicho cuerpo.

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• Calor latente de condensación o licuefacción: Es la cantidad de calorque es necesario extraer de un cuerpo en estado gaseoso para quepase a estado sólido sin que varíe la temperatura de dicho cuerpo.

Para tener un orden de magnitud, a continuación se proporciona unatabla con el calor latente de fusión de algunas materias:

Para concluir, diremos que en procesos frigoríficos son útiles los fluidoscon un elevado calor latente, que se traduce en una elevada capacidadde absorción de calor para obtener su evaporación a la temperatura quedeseamos.

6.14. Calor Sensible

Si en el apartado anterior hacíamos referencia a una cantidad de calorque no producía variación de temperatura pero sí variación en el estadode cuerpo que lo absorbiera o cediera, en este caso se hará referenciaal concepto contrario, es decir, a aquel calor que hace variar la temperaturade un cuerpo sin que varíe su estado físico.

Se define así el calor sensible:

Cantidad de calor que extraída o aportada a un cuerpo es capaz de hacerque su temperatura disminuya o aumente respectivamente, sin que seproduzca ningún cambio de fase en el cuerpo.

Este cambio de temperatura es función de la cantidad de calorintercambiado y de una característica física del cuerpo en cuestión: elcalor específico.

CALOR LATENTE DE FUSIÓNSUSTANCIA kJ/kgHielo 335Aluminio 335Anhídridocarbónico

184

Cobre 180Glicerina 176Plomo 23Mercurio 12

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6.15. Definición de sustancia pura

En este apartado se va a definir el concepto de sustancia pura, que servirácomo base para el estudio de los estados físicos de la materia o fases dela materia, conceptos que se trataron brevemente en uno de los apartadosanteriores.

Una sustancia pura es aquella que se caracteriza porque tiene unacomposición física fija.

Ejemplo: Algunas sustancias puras son el agua, el nitrógeno, el helio oel dióxido de carbono.

Tal y como dan a entender los ejemplos, una sustancia pura no es aquellaque está compuesta de un único elemento, como el nitrógeno o el helio,sino que también puede ser un compuesto de varios elementos, comoel agua o el dióxido de carbono.

Una sustancia pura puede ser incluso una mezcla de diferentes elementoso compuestos químicos, siempre que cumpla que es una mezclahomogénea. Dos casos claros de mezcla homogénea y de mezclaheterogénea son el aire y una mezcla de agua y aceite respectivamente.

El aire es una mezcla de gases que se suele considerar como una sustanciapura ya que tiene una composición química uniforme.

Para el caso del agua y el aceite, como el aceite no es soluble en agua,se mantendrá sobre la superficie de ésta, formando dos regionesquímicamente distintas y heterogéneas, por lo que nunca podremoshablar de una sustancia pura.

Como ya se adelantó en un apartado anterior, a la materia la podemosencontrar dentro de la naturaleza en distintos estados físicos o fases.

Una mezcla de dos o varias fases de una misma sustancia pura se consideratambién como una sustancia pura si sus distintas fases siguen manteniendola misma composición química.

Ejemplo: El caso de la coexistencia de hielo con agua líquida es unejemplo de una mezcla de dos estados físicos de la misma sustancia y conla misma composición química las dos, por lo que se trata de una sustanciapura.

Con estas definiciones previas ya podemos tratar con más detalle lossiguientes apartados.

6.16. Estados físicos de una sustancia pura

Por experiencia sabemos que la materia puede existir en la naturaleza(es decir, a la temperatura y presión de la superficie terrestre) en tresformas físicas distintas, que se denominan estados físicos de la materiao fases de una sustancia.

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Estas tres formas físicas son las siguientes:

• Sólido

• Líquido

• Gas

Y los parámetros que las caracterizan son los siguientes:

Sólido:

Intuitivamente sabemos que un sólido es cualquier sustancia física queconserva su forma incluso cuando no se encuentra en un envase.

Esta característica se debe a que moléculas en un sólido se encuentrana muy poca distancia entre sí; además, las fuerzas de atracción entre ellasson grandes y las mantienen en posiciones fijas. Las fuerzas de atraccióngeneran, a la vez, fuerzas de repulsión, que ayudan a mantener lasdistancias entre las moléculas evitando que se apilen unas sobre otras.

Líquido:

Una sustancia líquida se caracteriza porque adopta libremente la formade su envase.

En este caso, el espacio intermolecular es parecido al del estado sólido,con la diferencia de que ya no mantienen posiciones fijas entre sí, sinoque los grupos de moléculas flotan unos en torno de otros.

Gas:

Un gas es una sustancia que debe ser encerrada en un recipiente selladopara evitar que se escape a la atmósfera.

Las moléculas de una sustancia gaseosa están bastante apartadas unas deotras y, a diferencia de los sólidos y líquidos, no guardan ningún orden.

Las moléculas que componen la sustancia, se mueven al azar y chocanentre sí y con las paredes del envase que las contiene.

Además de estas tres fases principales una sustancia puede tener másfases dentro de una de estas fases principales, como puede ser el casodel carbón, que en su fase sólida puede existir como grafito o comodiamante.

Es el caso de las sustancias en general, aunque en este tema sólo tratamoslos tres estados físicos principales de la materia, así como en los siguientespuntos el cambio de un estado a otro.

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6.17. Cambios de estado físicos

Aunque lo normal sea que a presión y temperaturas normales en lasuperficie terrestre, es decir, en condiciones normales, una sustancia, seencuentre en un estado físico según sus características, esta mismasustancia puede estar presente en la naturaleza en más de un estadosfísico, como puede ser el caso del agua, que podemos encontrarla enestado sólido (en las zonas frías terrestres o en estaciones con malaclimatología), líquido (en los mares, océanos, etc., en zonas donde lastemperaturas no sean demasiado bajas)o gaseoso (en general, en laatmósfera).

El estado físico de un cuerpo o sustancia se puede cambiar mediante laaportación o sustracción de calor.

Como llevamos estudiando desde el principio del temario, el calor estárelacionado con el movimiento de las moléculas; además, el puntoanterior relacionaba estado físico con la ordenación de las moléculas.

Lo que ocurre es lo siguiente: un cuerpo o sustancia tiene unas moléculasque se ordenan de una forma o de otra en función de la velocidad ocantidad de energía (calor) que posean. Esta ordenación será la quedetermine el estado físico de ese cuerpo o sustancia.

Si en algún momento aportamos o sustraemos calor del cuerpo encuestión, la velocidad o energía de sus moléculas, así como su ordenación,cambiarán. Si continuamos con la adición o sustracción de calor llegaráun momento que las variaciones en la velocidad y en la ordenación desus moléculas habrán cambiado tanto que se producirá un cambio deestado físico en el cuerpo, también denominado cambio de fase.

Los cambios de una fase a otra de la materia se denominan como seindica en el siguiente diagrama de flujo:

En el diagrama se distinguen dos sentidos distintos en el flujo. Todos loscambios fase que supongan cambiar de un estado que está a la izquierdaa un estado que está a la derecha, suponen una aportación de calor. Porel contrario, todos los cambios de fase que supongan cambiar de unestado que esté a la derecha a otro que se encuentre a su izquierda,supone una cesión de calor por parte de la sustancia.

SÓLIDO

FUSIÓN EVAPORACIÓN

SOLIDIFICACIÓN

LÍQUIDO GAS

CONDENSACIÓN

SUBLIMACIÓN

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Analicemos primero aquellos cambios de fase que supongan una cesiónde calor por parte del cuerpo (enfriamiento):

Condensación

Antes de proceder a la determinación del concepto, hay que introduciralgunos conceptos previos que nos ayudarán a comprender mejor estecambio de fase.

El paso de una sustancia líquida a gaseosa sigue el siguiente proceso:cuando aportamos calor a la sustancia en cuestión, hacemos que aumentesu temperatura hasta el momento que comienza la ebullición. Aquí, elaumento de temperatura se detendrá, invirtiendo todo el calor que sele siga suministrando únicamente en realizar el cambio de fase, pasandoprogresivamente de líquido a gas. Durante este proceso progresivo,tendremos una mezcla de líquido-vapor en distintas proporciones. Estamezcla recibe el nombre de mezcla saturada líquido-vapor y el vaporexistente en la mezcla, vapor saturado.

El proceso continua hasta el instante en que la última gota de líquidopasa a estado gas. En este momento cualquier extracción de calor haríaque el vapor volviera a generar gotas de líquido.

Si se pasa este punto y se continúa calentando el vapor generado,observaremos cómo comienza a incrementar la temperatura de nuevo,así habremos conseguido vapor seco.

Por lo tanto distinguiremos dos tipos de vapor:

• Vapor seco: es aquel que se encuentra en condiciones diferentes alcambio de fase, es decir, es aquel que no está a punto de generarlíquido y que conocemos como gas.

• Vapor saturado: es aquel que se encuentra en equilibrio con el líquidoque lo produce. La naturaleza de cada sustancia determina su presión

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o tensión de saturación, que es la presión a la que empieza a hervira una temperatura dada. De la misma forma se define la temperaturade saturación, que será aquella en que una sustancia comienza ahervir dada una presión.

Si todo el proceso detallado se invierte, se produce lo que llamamoscondensación, que se define como el paso de una sustancia que está enestado gas a estado sólido.

Este cambio de estado se puede producir por dos razones:

• Por enfriamiento, es decir, por extracción de calor, hasta la temperaturacorrespondiente a la tensión o presión de vapor saturado del líquidoconsiderado.

• Por compresión a una tensión igual a la tensión o presión de vaporsaturado del fluido a la temperatura considerada.

Solidificación

Este cambio de fase sigue un patrón similar al descrito anteriormenteen el proceso de calentamiento de una sustancia pura, en realidad setrata del mismo proceso pero a la inversa y partiendo de una sustanciaen estado líquido, más concretamente, de una sustancia cuya temperaturase encuentra por debajo de la temperatura de saturación, denominadolíquido subenfriado.

En la primera parte del cambio de fase se produce un enfriamiento lento,progresivo y continuo de la sustancia en estado líquido.

Haciendo mención a otros puntos, aquí solo se cede calor sensible, loque supone que la sustancia ve disminuida su temperatura sin que seproduzca cambio de fase hasta que se alcanza una temperatura a la quese empiezan a formar cristales.

Aquí empieza la siguiente parte del proceso, sólo se cede calor latente,

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lo que supone que no hay variación de temperatura pero se van formandomás cristales y, en definitiva, un sólido.

La última parte del proceso comienza cuando la última gota de líquidopasa a estado sólido, entonces se produce un descenso de temperaturaregular y progresiva del cuerpo sólido que se ha formado.

Se define así el calor latente de solidificación de una sustancia pura: esel calor que es necesario extraer de la unidad de masa conducida a sutemperatura de solidificación para hacerla pasar del estado líquido alestado sólido.

A continuación se enumeran varias conclusiones y condiciones a teneren cuenta en el proceso de solidificación de las sustancias puras:

• La temperatura de solidificación de una sustancia pura es unaconstante física y es función de la naturaleza del cuerpo y de supresión.

• El fenómeno de solidificación de cuerpos simples diferentes sonsimilares, con la salvedad que de un cuerpo a otro varían lastemperaturas de fusión.

• La solidificación conlleva una disminución de volumen, siendoexcepciones el agua, la plata y algunos otros cuerpos.

Bajo una misma presión:

• Una sustancia pura líquida empieza siempre a solidificarse a la mismatemperatura.

• La temperatura de solidificación de una sustancia pura permanecefija durante toda la duración del fenómeno.

Ejemplo: el que se produce cuando encendemos una vela.

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La cera al calentarse se vuelve líquida, pero al alejarse de la llama comienzaa ceder su calor empezando así el proceso de enfriamiento y vuelve alestado sólido, se solidifica, cuando se ha alcanzado el punto desolidificación.

Fusión

Este cambio de estado corresponde al paso de una sustancia pura desólido a líquido, es decir, se trata del proceso inverso al estudiado en lasolidificación.

Se comienza el ciclo con un aporte de calor que provoca el aumento detemperatura del cuerpo sólido.

Después comienzan a aparecer gotas del líquido que se empieza a formar;en este momento empieza la fusión franca. Durante este intervalo no seproduce aumento de temperatura, tan sólo se aprovecha el aporte decalor en el cambio de estado o fase.

La última parte del proceso comienza cuando la última partícula decuerpo sólido se ha fundido y ha pasado de estado sólido a líquido.

La temperatura en la que la sustancia comienza el cambio de estado sedenomina temperatura o punto de fusión

De la misma forma que se define el calor latente de solidificación sedefine el calor latente de fusión: es la cantidad de calor que es necesarioaportar a la unidad de masa de ese cuerpo, previamente conducido a sutemperatura de fusión, para hacerlo pasar del estado sólido al estadolíquido sin que se produzca cambio de temperatura.

Como conclusiones y condiciones hay que tener en cuenta las siguientes:

• Como se observa en las gráficas de este apartado y en la del anteriorhay un intervalo de tiempo, que corresponde al cambio de fase, del

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paso de sólido a líquido o viceversa, y que para una misma sustanciapura coincide.

Se trata del punto de fusión y del punto de solidificación, que parauna sustancia pura se tratará del mismo valor, ya que la única diferenciaque hay es que el calor que interviene en el proceso, es “suministrado”o “extraído” de la sustancia, pero se trata siempre de la misma cantidadde calor.

• La temperatura de fusión de una sustancia pura, al igual que la desolidificación, es una constante física y es función de la naturalezadel cuerpo y de su presión.

• Si variamos la presión soportada por un cuerpo también variamos sutemperatura de fusión, pero para que se produzcan cambios apreciablesen dicha temperatura es necesario producir cambios importantes enla presión bajo la que se producen los cambios de estado.

Bajo una misma presión:

• Una sustancia pura líquida empieza siempre a fundirse a la mismatemperatura.

• La temperatura de fusión de una sustancia pura, así como la desolidificación, permanece fija durante toda la duración del fenómeno.

Con límites de presión débiles, la temperatura de fusión de un cuerposimple es invariable y se denomina punto de fusión. En la siguientegráfica se indica el punto de fusión de algunos cuerpos simples:

Ejemplo: El ejemplo de la vela mostrado en el apartado anterior contemplael proceso de fusión de la cera que la compone. Cuando se enciende lallama de la vela la cera más cercana a la llama se calienta, es decir, absorbecalor y pasa de estado sólido a líquido.

PUNTO DE FUSIÓNSUSTANCIA ºCTungsteno 3410Cobre 1083Aluminio 658Plomo 327Azufre 113Fósforo 44Agua (por definición) 0Mercurio -39Alcohol etílico -117Oxígeno -200Nitrógeno -210Hidrógeno -259

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En ocasiones se da un fenómeno que debemos tener en cuenta y que nosigue el patrón descrito en una fusión normal, es el fenómeno de lasobrefusión.

Este fenómeno es consecuencia de un estado de equilibrio inestable yconsiste en llevar un líquido puro a estado líquido pero por debajo desu temperatura de solidificación, además no existirá solidificación hastaque no se vuelva a alcanzar la temperatura de fusión.

Se trata de un estado de equilibrio inestable y cualquier pequeña alteración,como por ejemplo la adición de una pequeña porción de sólido o unligero golpe al recipiente que lo contiene, producirá que este estadocese bruscamente y la temperatura vuelva nuevamente a la temperaturade solidificación. Este cambio de estado hará que la temperatura delsólido disminuya progresivamente como si el fenómeno no hubieseexistido.

Ejemplo: La formación de escarcha es el resultado de este fenómeno,que es debido al enfriamiento lento del agua, en ciertas nieblas quecuando llegan a tocar el suelo producen la solidificación inmediata deagua helada.

Como regla general se indica en el apartado anterior que los cuerposaumentan de volumen al fundirse, manteniéndose constante la masa delcuerpo, por lo que, como consecuencia, se produce una disminución dela masa volumétrica. Es un hecho que se comprueba con facilidad cuandotenemos un sólido en un recipiente y empieza a solidificarse, siempre laparte sólida se queda en el fondo del recipiente.

Son excepciones de esta regla la plata, el bismuto y el agua.

Ejemplo: El agua que circula por las tuberías de abastecimiento, si eninvierno se congela hace que dichas tuberías estallen debido al aumentode volumen que supone el cambio de estado.

El agua que se filtra por las porosidades de las rocas hace que se agrietencuando ésta se congela en su interior.

La masa volumétrica del agua líquida es mayor que su masa volumétricaen estado sólido, lo que justifica que cuando se producen masas de hieloen lagos, por ejemplo, dichas masas se queden en la superficie y la partelíquida ocupe los niveles más bajos.

Evaporación

La evaporación es el cambio de estado físico de un cuerpo o sustanciaque consiste en el paso de estado líquido a gaseoso. Para el estudio deeste cambio de estado físico, recordemos simplemente el proceso descritoen el apartado correspondiente a la condensación cuando se estudiabanalgunos conceptos previos.

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El paso de una sustancia líquida a gaseosa sigue el siguiente proceso:

Cuando aportamos calor a la sustancia en cuestión, hacemos que aumentesu temperatura hasta el momento que comienza la ebullición, entonces,el aumento de temperatura se detiene, invirtiendo todo el calor que sele siga suministrando únicamente en realizar el cambio de fase, pasandoprogresivamente de líquido a gas. Durante este proceso progresivo,tendremos una mezcla de líquido-vapor en distintas proporciones. Estamezcla recibe el nombre de mezcla saturada líquido-vapor y el vaporexistente en la mezcla, vapor saturado.

El proceso continua hasta el instante en que la última gota de líquidopasa a estado gas. En este momento cualquier extracción de calor haríaque el vapor volviera a generar gotas de líquido.

Si se pasa este punto y se continúa calentando el vapor generado,observaremos cómo comienza a incrementar la temperatura de nuevo,así habremos conseguido vapor seco.

Por lo tanto distinguiremos dos tipos de vapor:

• Vapor seco: es aquel que se encuentra en condiciones diferentes alcambio de fase, es decir, es aquel que no está a punto de generarlíquido y que conocemos como gas.

• Vapor saturado: es aquel que se encuentra en equilibrio con el líquidoque lo produce. La naturaleza de cada sustancia determina su presióno tensión de saturación, que es la presión a la que empieza a hervira una temperatura dada. De la misma forma se define la temperaturade saturación, que será aquella en que una sustancia comienza ahervir, dada una presión.

La presión máxima de saturación del vapor saturante de un cuerposimple aumenta con la temperatura. En el caso del agua se utiliza la

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fórmula empírica de Duperray para valorar esta variación:

La evaporación de un líquido se detiene cuando la presión del vaporalcanza el valor máximo de la tensión del vapor saturante a la temperaturaque se esté considerando. En el caso de que se evapore todo el líquidoantes de alcanzar el valor de presión máxima, la evaporación del líquidoes total y el vapor resultante es vapor seco.

El proceso de evaporación comienza de forma progresiva hasta que sealcanza la temperatura de saturación, es decir, el momento en que elcalor que se sigue aportando no provoca cambios en la temperatura,sino que se emplea en el cambio de fase. En este momento se produceun fenómeno en el seno del líquido que consiste en la formación degrandes burbujas de vapor que llegan a la superficie líquido haciendoque se agite tumultuosamente y se aumenta considerablemente lavelocidad de evaporación.

Este fenómeno se denomina ebullición y la temperatura fija en que seproduce (a una presión dada), se denomina temperatura de ebullición.

Un líquido siempre entra en ebullición a la temperatura bajo la cual supresión de vapor saturante es igual a la presión soportada por dicholíquido.

Las condiciones exteriores a la sustancia que se evapora influyen en elproceso de la siguiente forma:

• En el vacío la evaporación de una sustancia es instantánea.

• Dentro de un gas soluble en la sustancia líquida la evaporación esprogresiva.

• Dentro de un gas no soluble en la sustancia líquida la presión delvapor saturante es la misma que en el vacío.

• El proceso de evaporación se localiza en la superficie del líquido quese evapora y hacen que la velocidad de proceso aumente cuando:aumenta la superficie de contacto del líquido con el aire, aumentala velocidad de circulación del aire que está en contacto con lasuperficie del líquido y aumenta la temperatura del líquido o disminuyela presión su entorno.

El calor latente de evaporación se define como la cantidad de calornecesaria para hacer que la unidad de masa de una sustancia pase deestado líquido a gaseoso sin que su temperatura varíe.

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En la siguiente tabla se indican el calor latente lV de algunas sustanciasa su temperatura de evaporación TV bajo presión atmosférica:

Sublimación

La sublimación es el cambio de estado físico que corresponde al paso deun cuerpo sólido a gas sin pasar por el estado líquido.

Solo algunas sustancias pueden realizar este cambio que se produce apresión constante y a una temperatura determinada.

Ejemplo: La naftalina o el alcanfor en estado sólido, al dejarlos al airelibre lentamente se evaporan, pasando de estado sólido directamente agas.

Es el caso también de otras sustancias como la nieve carbónica, el yodoy el arsénico.

Los olores característicos de muchas sustancias sólidas, como el yodo, elnaftaleno, el yodoformo y los perfumes sólidos, son debidos a que estassustancias tienen una presión de vapor apreciable a temperatura ambiente.

La sublimación se debe a que algunas de las moléculas de un sólidopueden vibrar muy rápidamente, vencer las fuerzas que las unen entresí y escapar como moléculas gaseosas al espacio libre, dando comoresultado la sublimación del sólido. También se puede dar el procesoinverso, al chocar las moléculas gaseosas contra la superficie del sólido,pueden quedar retenidas y producirse la condensación del vapor. Elequilibrio que tiene lugar cuando la velocidad de sublimación y la decondensación son iguales se caracteriza por una presión de vapor quedepende de la naturaleza del sólido y de la temperatura.

El proceso de sublimación va acompañado necesariamente de unaabsorción de energía térmica, es decir, es necesario que el sólido encuestión absorba calor para que se dé el cambio de fase. La cantidad deenergía térmica que se necesita para sublimar a temperatura constantela unidad de masa de una sustancia en estado sólido se denomina energíao calor latente de sublimación.

CALOR LATENTESUSTANCIA TV (ºC) lV (kJ/kg)Refrigerante 12 -30 167Refrigerante 22 -40 234Éter +35 376´5Benceno +80 876´5Cloruro de metilo -23 431Alcohol +78 904Amoníaco -33 1427Agua +100 2247´5

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El calor latente de sublimación de una sustancia es igual a la suma delcalor latente de fusión más el calor latente de vaporización

Existe una ecuación muy útil para determinar los calores latentes de uncambio de estado que se denomina relación de Clapeyron y que en loscasos de sublimación ls y fusión lf se expresa de la siguiente forma:

donde:

l es el calor latente

T es la temperatura de transformación en K

v es la diferencia del volumen específico después y antes de latransformación vf - vi en m3/kg

p se refiere a la diferencia de presión antes y después de la transformaciónen Pa

También se puede contar con otra expresión denominada relación deClausius Clapeyron, para la determinación del calor latente de unasustancia cuando existe la presencia de una fase de vapor, es decir, paracambios de sublimación y para evaporación, pero es mucho más compleja,ya que requiere conocimientos matemáticos en cuanto a ecuacionesdiferenciales:

Evaporación

Sublimación

donde:

es el volumen específico del gas

es el volumen específico del líquido

es el volumen específico del sólido

Si el valor del volumen específico del gas es muy grande con respecto alos valores de los volúmenes específicos del líquido y del sólido la relaciónqueda como sigue:

51



6.18 Saturación

La saturación hace referencia a una parte de los procesos de evaporacióno condensación tal y como se ha estudiado en apartados anteriores.

En concreto hay tres conceptos a observar: líquido saturado, vaporsaturado y mezcla saturada líquido-vapor.

• Líquido saturado: esta condición se da cuando una sustancia haabsorbido calor hasta el límite que marca el punto t1 de la gráfica.

Cuando la mezcla alcanza este punto se dice que se tiene líquidosaturado y cualquier adición de calor provoca la evaporación de unaparte del mismo.

• Vapor saturado: cuando la temperatura de una sustancia gaseosa baja,debido a una cesión o extracción de calor, hasta un punto en el quecualquier pérdida de calor supondría la condensación de una partedel vapor, se dice que se ha llegado a la condición de vapor saturado.Esta condición coincide con el punto t2 de la gráfica.

Como se refleja en la gráfica la temperatura del líquido saturado yla del vapor saturado de una sustancia son las mismas dada unapresión.

• Mezcla saturada líquido-vapor: esta condición se da en una sustanciacuando se encuentra entre los puntos t1 y t2, es decir, cuando ellíquido y el vapor coexisten en equilibrio. Durante esta parte delcambio de fase la temperatura permanece constante ya que toda laaportación o substracción de calor se emplea en realizar el cambiode fase, ya sea de sólido a líquido o viceversa.

El diagrama de presión-temperatura muestra la forma de la curva desaturación de una sustancia.

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Se distinguen tres partes: zona de líquido, zona vapor, y curva líquidovapor.

Conociendo la curva de una sustancia y la correspondencia entre unapresión y temperatura dada o viceversa, se puede saber si dichas sustanciase encuentra en estado líquido, vapor o si se trata de una mezcla líquido-vapor.

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Otros datos que se pueden hallar a partir de la curva son la temperaturade saturación correspondiente a una presión y la presión de saturaciónpara una temperatura.

Recalentamiento

La cantidad de recalentamiento S.H. se determina aplicando la ecuaciónsiguiente:

donde:

es la temperatura del vapor recalentado

corresponde a la temperatura de saturación correspondiente a lapresión

Subenfriamiento

La cantidad de subenfriamiento S.C. se determina aplicando la ecuaciónsiguiente:

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donde:

es la temperatura de saturación correspondiente a la presión

es la temperatura del líquido subenfriado

6.19 Diagramas de propiedades para procesosde cambios de fase

Los diagramas de propiedades para procesos de cambios de faserepresentan en forma gráfica las propiedades termodinámicas de sustanciasreales.

Los diagramas más comunes que se emplean son:

• Diagrama T-V temperatura-volumen.

• Diagrama P-V presión-volumen (diagrama de Clapeyron).

• Diagrama P-T presión-temperatura.

Si, para un diagrama dado, se escogen las variables principales en formaadecuada, es posible deducir todas las variables termodinámicas deimportancia a partir de las propiedades que aparecen en el diagrama.

En los próximos párrafos presentaremos en cierto detalle cada uno deestos diagramas para una mejor comprensión de los ciclos y las máquinasfrigoríficas.

Diagrama T-v

Como se ha ido estudiando en puntos anteriores, el cambio de fase deuna sustancia a una presión dada, queda representada en un diagramaT-v (temperatura-presión) como sigue:

Primero se produce un aumento en la temperatura de la sustancia líquidahasta llegar al punto de saturación, donde el proceso continúa pero atemperatura constante y cuando la última gota de líquido desaparece,

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llegando a línea de gas saturado, la temperatura de la sustancia en estadode gas sobrecalentado vuelve a elevarse.

La figura que podemos observar corresponde al proceso para una mismasustancia y para distintas presiones.

Observando la figura vemos cómo al aumentar la presión, la líneahorizontal de saturación va acortándose, convirtiéndose en un puntocuando alcance un valor determinado que depende de cada sustancia.

Este punto se denomina punto crítico y se define como el punto al cuallas propiedades de la fase líquida y gaseosa se hacen tan similares comopara ser indistinguibles.

La temperatura, la presión y el volumen de una sustancia en el puntocrítico se denominan, temperatura crítica TCR, presión crítica PCR yvolumen crítico VCR.

A presiones por encima de la crítica no hay procesos de cambio de fase,es decir no se produce ebullición, aumentando el volumen específicocon continuidad, existiendo en todo momento una sola fase que al finalse asemejará al vapor pero no se podrá determinar cuando se produjoel cambio.

Por encima del estado crítico no hay líneas que separen las regiones delíquido comprimido y de vapor sobrecalentado, pero comúnmente sesuele denominar a la sustancia como líquido comprimido a temperaturaspor debajo de la temperatura crítica y vapor sobrecalentado por encimade dicha temperatura.

Si unimos los puntos de líquido saturado obtenemos la línea de líquidosaturado y de la misma forma uniendo los puntos de vapor saturadoobtenemos la línea de vapor saturado, uniéndose ambas en el puntocrítico como muestra la figura.

Los estados de líquido comprimido se localizan a la izquierda de la líneade líquido saturado y se denomina región de líquido comprimido. Todoslos estados de vapor sobrecalentado se encuentran a la derecha de la

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línea de vapor saturado que se conoce como región de vaporsobrecalentado. En ambas regiones la sustancia existe en una sola fase,líquido o vapor.

Los estados donde coexisten ambas fases, líquido y vapor en equilibriose localizan en la región que queda entre las líneas de líquido y vaporsaturado, denominándose región de mezcla saturada de líquido-vaporo región húmeda.

Diagrama P-v

El diagrama P-v (presión-volumen) no difiere mucho del diagrama T-vvisto con anterioridad, salvo que las líneas de temperatura constante oisotermas representadas en este diagrama tienen una tendenciadescendente:

Al igual que en los diagramas T-v, si se unen los puntos de líquido saturadode las distintas isotermas y los de vapor saturado, se obtienen las líneasde líquido saturado y vapor saturado que se unen en el punto crítico.

También se distinguen las mismas regiones que en diagrama anteriorque además se sitúan en las mismas zonas.

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El diagrama P-v se puede ampliar para incluir en él la fase sólida asícomo las regiones de sólido-líquido y sólido-vapor:

El diagrama P-v de la izquierda corresponde a una sustancia que secontrae al congelarse y el de la derecha a una sustancia que se expandeal congelarse.

Los diagramas ampliados T-v son similares a los diagramas P-v, sobre todopara sustancias que se contraen al congelarse.

Como ya se ha visto, dos fases de una misma sustancia pueden coexistiren equilibrio. De la misma forma también pueden coexistir en equilibriolas tres fases de una sustancia.

En los diagramas T-v y P-v este equilibrio de tres fases forma una líneaque se denomina línea triple.

Los estados contenidos en la línea triple tienen la misma presión ytemperatura y sólo difieren en sus volúmenes específicos.

Diagrama P-T

En la siguiente imagen se muestra el diagrama P-T de una sustancia purao diagrama de fase ya que las tres fases se separan entre sí mediante treslíneas:

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En estos diagramas la línea triple se convierte en un punto que sedenomina punto triple.

Las líneas que separan las tres fases convergen en el punto triple dondelas tres fases coexisten en equilibrio.

La línea de vaporización acaba en el punto crítico ya que no se puedendistinguir las fases líquida y de vapor por encima del punto crítico.

Las sustancias que se expanden y se contraen al congelarse difieren sóloen la línea de fusión en estos diagramas.

A continuación se expone una tabla con las temperaturas y presionesdel punto triple de distintas sustancias:

PUNTO TRIPLESUSTANCIA TTP (K) PTP (KPa)Acetileno 192.4 120Amoniaco 195.4 6.076Argón 83.81 68.9Carbón (grafito) 3900 10.100Dióxido de carbono 216.55 517Monóxido de carbono 68.10 15.37Deuterio 18.63 17.1Etano 89.89 8x10-4

Etileno 104.0 0.12Helio 4 (punto ) 2.19 5.1Hidrógeno 13.84 7.04Cloruro de hidrógeno 158.96 13.9Mercurio 234.2 16.5x10-7

Metano 90.68 11.7Neón 24.57 43.2Óxido nítrico 109.5 21.92Nitrógeno 63.18 12.6Oxido nitroso 182.34 87.85Oxígeno 54.36 0.152Paladio 1825 3.5x10-3

Platino 2045 2.0x10-4

Dióxido de sulfuro 197.69 1.67Titáneo 1941 5.3x10-3

Hexafloruro de uranio 337.17 151.7Agua 273.16 0.61Xenón 161.3 81.5Zinc 692.65 0.065

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Los tres diagramas expuestos en los apartados anteriores proceden dela proyección de una superficie cuyos ejes de coordenadas son la presión,el volumen y la temperatura:

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7. COMPORTAMIENTO DE LOS GASES

7.1. Introducción

En este apartado veremos características, leyes, y conceptos que nos sirvanpara tener un conocimiento básico acerca de los gases.

Como ya se ha estudiado, en la naturaleza existe 3 estados fundamentalesde la materia: sólido, líquido y gaseoso. Algunas de sus característicasprincipales las nombramos a continuación.

• A diferencia de los sólidos, los líquidos y gases se caracterizan por notener una forma definida y adoptar la del recipiente que los contiene.

• Un gas está constituido por partículas que se mueven rápida yaleatoriamente ya que las distancias entre éstas es mucho mayor queel espacio que ocupan.

• A cambios de temperatura y presión el efecto que se obtiene en losgases es mucho mayor si los comparamos con los que sufren lassustancias en estado líquido y sólido.

Es decir, mientras que la temperatura es el factor de mayor importanciaen los cuerpos sólidos y líquidos, relativo a los cambios de volumen, enlos gases, que es nuestro objeto de estudio, tendremos en cuenta ademásde la temperatura, la presión ya que ambos factores influyenconsiderablemente en su volumen.

7.2. Características de los gases

Como hemos visto, para una determinada masa en estado gaseoso lastres magnitudes temperatura, presión y volumen están estrechamenteligadas definiendo así el estado de dicha sustancia. Nosotros con tal deobtener el valor de una de estas variables sobre otra necesitaremos quela tercera quede constante, por lo que el estudio de las propiedades delos gases lo separaremos en tres partes:

• Ley de Mariotte:

A temperatura constante: relación entre presión y volumen.

• Ley de Gay-Lussac:

A presión constante: relación entre volumen y temperatura y lallamaremos.

• Ley de Charles:

A volumen constante: relación entre presión y temperatura.

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Si bien es cierto que las leyes de Mariotte, Gay-Lussac y Charles nosresultan atractivas por su sencillez, tendremos que tener en cuenta, noobstante, que se trata de leyes aproximadas.

Ley de Mariotte

Como hemos visto, si mantenemos constante la temperatura de una masagaseosa el producto de los valores de la presión y el volumen que ocupaes una constante.

Si , siendo la temperatura:

Si mantuviéramos la temperatura constante tras haber ejercido unapresión, el volumen variaría de tal manera que el producto entre ambospermanecería constante y viceversa.

Veamos ahora una consecuencia aplicada a la variación de la masavolumétrica.

Si llamamos m a la masa de cierto gas cuya temperatura se mantieneconstante, con una presión P1 y volumen v1, definiremos la masavolumétrica del gas como:

(1)

Si aplicamos una presión P2, el volumen tomará el valor V2 y por tantola masa volumétrica será:

(2)

Dividiendo (1) y (2) miembro a miembro tendremos:

Por lo que:

Concluyendo, pues, que a temperatura constante la masa volumétricade un gas es proporcional a su presión.

Ley de Gay-Lussac

Bajo presión constante el aumento de volumen es proporcional a laelevación de su temperatura. Vamos a definir el coeficiente medio dedilatación para los gases bajo presión constante siendo V0 el volumen

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ocupado por la masa m de gas a 0ºC, la variación de volumen tendrá porvalor absoluto:

El coeficiente medio de dilatación de un gas a presión constante entrelas temperaturas 0 y ºC lo expresaremos como:

Además podremos averiguar el valor del volumen ocupado por esta masagaseosa a ºC con la relación:

(3)

Se concluye con que el coeficiente medio de dilatación de un gas apresión constante es:

Independiente de la naturaleza del gas.

Independiente de su temperatura.

Independiente de su presión.

Su valor para todos los gases será:

Sustituyendo este valor en (3) obtendríamos:

Siendo T=273+

T0=273

Dicha fórmula se escribe normalmente:

Lo que nos permite afirmar que el volumen ocupado por una masa degas invariable es proporcional a su temperatura absoluta.

Ley de Charles

A volumen constante el aumento de presión del aire es proporcional ala elevación de la temperatura.

Por analogía con la dilatación de los gases a presión constante, definimos

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el coeficiente medio del aumento de la presión de los gases a volumenconstante:

Siendo p0 la presión de la masa del gas a 0ºC; p su presión a ºC y p -p0 el valor absoluto del aumento de presión.

La presión de esta masa a ºC va unido al valor de la presión inicial porla siguiente relación:

El coeficiente medio de aumento de presión a volumen constante es:

• Independiente de la naturaleza del gas.

• Independiente de su temperatura.

• Independiente de su presión inicial.

El valor para todos los gases es de:

(1)

El aumento de presión de los gases a volumen constante se describe:

(2)

Sustituyendo (1) en (2), obtendremos:

Donde T=273+ ;

T0=273

Dicha fórmula se escribe normalmente:

7.3. Definición de gas ideal

Gas ideal, o perfecto, es el que sigue rigurosamente las leyes de Mariotte,Gay-Lussac y Charles.

Pero como hemos dicho anteriormente estas leyes sólo se aproximan a

64



la realidad ya que ningún gas es perfecto; sin embargo los gases encondiciones de presión reducida y temperatura alejada de su punto delicuefacción (o condensación si se prefiere), se acercan a su estadoperfecto.

En condiciones normales gases como el oxígeno, hidrógeno, nitrógeno,aire, etc., se encuentran muy cerca del estado perfecto, por el contrariolos gases fácilmente condensables se alejan de dicho estado: amoniaco,gas carbónico, etc.

Aunque no vamos a demostrarlo, por no ser objeto de este curso, síveremos una de las consecuencias de los gases en su estado ideal:

• Igualdad entre los coeficientes y

Todo gas ideal enfriado a -273.15ºC y volumen constante tendrá unapresión nula. A esta temperatura, como vimos, se le conoce con el nombrede cero absoluto y es la temperatura más baja que se puede obtener.

7.4 Ecuación de estado de un gas ideal

Si a una masa invariable de gas ideal con unas condiciones iniciales p1,v1, T1 tal que:

Le sometemos a un estado p2,v2, T2, entonces obtenemos que:

Como esta expresión se puede aplicar a todo par de valores de presióny temperatura, se generaliza de la siguiente forma:

(1)

Según postula Avogadro, volúmenes iguales de distintos gases, a la mismapresión y temperatura contienen el mismo número de moléculas y deduceque en un mol de cualquier sustancia existe el mismo número demoléculas que calcula en 6´023x1023, es decir, un mol es la cantidad demateria que contiene 6,02 x 1023 entes elementales (átomos, moléculas,iones, partículas subatómicas, etc). Por eso cuando se utiliza el términomol, debe dejar en claro si es: 1 mol de átomos, 1 mol de moléculas, 1mol de iones, etc.

Este número se conoce como número de Avogadro NA ó n= 6´023x1023

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y para un gas se suele formular diciendo que los volúmenes ocupadospor un mol de cualquier gas a igual presión y temperatura son iguales,por lo que el resultado de la expresión 1 puede expresarse en funcióndel número de moles de la sustancia, puesto que el volumen esproporcional a este número:

(2)

Donde n=m/M (m= masa del gas y M= masa molecular del gas).

Finalmente la expresión queda:

Que es la expresión conocida de la ecuación de estado de los gases idealeso perfectos.

7.5. Constante de gas universal

Siguiendo todo lo explicado en el apartado anterior y de acuerdo conla hipótesis de Avogadro, como para cualquier sustancia, a 0ºC detemperatura y una atmósfera de presión, un mol ocupa el volumen de22´4136 litros, sustituyendo este valor en la ecuación 2 se obtiene el valorde la constante:

Esta constante es independiente de la naturaleza del gas, siendo la mismapara todos los gases, y se conoce como constante de los gases o constantede gas universal.

7.6. Masa molar

La unidad SI para cantidad de materia es el mol, que se define como "lacantidad de materia de un sistema que contiene la misma cantidad deunidades elementales contenidas en 0,012 Kg de Carbón-12". Según estadefinición, cualquier cantidad de materia que contenga 6,023x1023

entidades, es un mol.

Así, podemos tener 1 mol de átomos, de moléculas, de iones, de protones,de electrones, etc., siendo necesario por lo tanto, dejar claro de qué setrata.

La expresión correcta para referirse a la masa de una porción de sustancia,cuya cantidad de materia es un mol es la masa molar (M). La masa molarpuede referirse a moléculas, átomos, iones, electrones, etc., como ya se

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ha explicado, y se obtiene dividiendo la masa de la sustancia por elnúmero total de moles:

Por ejemplo: M(KCl) = 74,56 g/mol; M(Cu) = 63,54 g/mol; M(H) =1,0074 g/mol; M(Cl2) = 70,916 g/mol.

7.7. Compresión de un gas ideal

Como ya se ha comentado antes la ecuación de gas ideal es muy simplepero todos los gases se desvían del comportamiento de gas ideal enestados próximos al punto crítico o a la región de saturación.

Esta desviación a una temperatura y presión dadas puede corregirse conun factor de corrección denominado factor de compresibilidad Z.

Factor de compresibilidad Z

El factor de compresibilidad Z se define como:

o también:

donde:

p es la presión del gas

v es volumen del gas

R es la constante de gas universal

T es la temperatura del gas

Para gases ideales Z=1 y para gases reales puede ser mayor o menor quela unidad, teniendo en cuenta que cuanto más se aleje de la unidad elvalor de Z, mayor es la desviación del gas con respecto al comportamientode gas ideal.

No se puede generalizar para definir un valor de presión baja o unatemperatura alta concreta, dado que dependiendo del gas que se estéestudiando, se puede tratar de un punto crítico o de otro muy alejado,es decir, la presión o temperatura de una sustancia es alta o baja conrelación a su presión crítica o temperatura crítica.

Una forma de solucionar esta diferencia consiste en recurrir a presionesy temperaturas normalizadas respecto de sus temperaturas y presionescríticas como sigue:

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y

Donde PR y TR se denominan presión reducida y temperatura reducida.

El factor Z es aproximadamente el mismo para todos los gases a la mismapresión y temperatura reducidas, lo cual recibe el nombre de principiode estados correspondientes.

Los valores de Z obtenidos mediante experimentos, se grafían contra PR

y TR para varios gases y al ajustar los datos obtenidos se la carta decompresibilidad generalizada, que puede utilizarse para todos los gases.Hay que tener en cuenta que la utilización de estas cartas implica elconocimiento de los datos del punto crítico.

Si se observa esta carta se puede ver que:

• A presiones muy bajas (PR <<<1) los gases se comportan como un gasideal con independencia de la temperatura.

• A elevadas temperaturas (TR>2) el comportamiento de gas ideal seasume con gran precisión con independencia de la presión (exceptocuando PR >>>1).

• La desviación de un gas del comportamiento de gas ideal es mayorcerca del punto crítico.

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8. CALOR Y TRABAJO

Si en los primeros capítulos se estudió el concepto de calor como laenergía que se transfiere entre dos sistemas (o de un sistema y susalrededores), este tema tendrá en cuenta también el concepto de trabajoy se estudiará cómo ambos son formas de energía en tránsito de unoscuerpos o sistemas a otros, estando relacionadas entre sí.

8.1. Clasificación, formas y tipos de energía

La materia se transforma por efecto de la energía.

Ejemplo: Un ejemplo claro visto en otros apartados, es la acción calóricade los rayos del sol sobre el agua de los mares, provocando la evaporación.

El descubrimiento del fuego proporcionó al hombre la posibilidad decocinar sus alimentos y fabricar diferentes utensilios. Al encender el gasde la cocina, por ejemplo, se produce el calor necesario para hervir elagua de la cafetera.

Cuando ingerimos alimentos obtenemos energía que empleamos enactividades como hablar, caminar, etc., es decir, en realizar trabajo.

También aprovechó la fuerza muscular de los animales, aprendió a utilizarel movimiento como forma de energía. Después, usó la energía del viento,la de las aguas de los ríos y la de las corrientes marinas.

Con esas energías el hombre descubrió que podía poner en movimientolos motores, energías temporales. Este problema lo solucionó con lautilización del vapor, y consiguió que los motores funcionaran de formapermanente.

La corriente eléctrica, cuando pasa por un circuito, pone enfuncionamiento el televisor.

A continuación se presenta una clasificación de distintos tipos de energía:

• Energía estática: es todo tipo de energía que se encuentra almacenadaen un sistema y además es propiedad del cuerpo o sistema dondereside:

- Energía cinética.

- Energía potencial.

- Energía interna.

- Energía química.

- Energía nuclear.

- Energía electromagnética.

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• Energía dinámica: no es propiedad del sistema y se conoce másgeneralmente como trabajo.

• Calor: Se transforma o se pone de manifiesto mientras tiene lugarun proceso, consiste en flujo de energía.

Ejemplos: A continuación se enumeran una serie de ejemplos de distintasenergías existentes en la naturaleza:

• Energía solar: es la que se genera por las radiaciones solares, que setransforman en calor al entrar en contacto con los cuerpos. El hombreha ideado diferentes formas para utilizar la energía solar. Algunas deellas son los colectores solares y espejos curvos especiales, que seutilizan en calefacción y para generar energía eléctrica. La energíasolar tiene la ventaja de no contaminar.

• Energía mecánica: es aquella que el hombre utilizó, en un comienzo,como producto de su propio esfuerzo corporal. Luego utilizó la fuerzaanimal, para lo que domesticó animales como bueyes, caballos yburros.

• Energía eléctrica: es la que se produce por el movimiento de electronesa través de un conductor.

• Energía nuclear: es la que se produce cuando se rompe el núcleo delátomo, debido a la liberación de la fuerza que mantiene unidas laspartículas del núcleo atómico. El átomo se compone de núcleo ycorteza. Éstos se unen para formar las moléculas. Cuando lo que serompe es el núcleo del átomo, como en el caso del Uranio, se liberamucha energía, llamada energía nuclear. La bomba atómica es laliberación incontrolada de esta energía.

• Energía eólica: es la que se origina por la fuerza del viento. Tienemuchas ventajas, porque no provoca contaminación y es inagotable.Puede generar energía eléctrica por medio de molinos de viento.

• Energía hidráulica: es la que se origina por la caída del agua y seutiliza para generar energía mecánica y energía eléctrica.

• Energía química: es producto de una combustión en la cual se combinael oxígeno del aire con la materia del cuerpo que arde. Durante lacombustión se producen luz y calor. Cuando las moléculas se rompense libera energía química.

8.2. Definición de trabajo

“La energía es la capacidad de efectuar trabajo". Esta sencilla definición noes muy precisa ni correcta para todos los tipos de energía, como porejemplo aquella asociada al calor, pero sí es correcta para la energía de

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tipo mecánico, que a continuación describiremos y que servirá paraentender la estrecha relación entre trabajo y energía.

En el lenguaje cotidiano el trabajo tiene diversos significados, por ejemplo,en física y termodinámica se utiliza para describir lo que se obtienemediante la acción de una fuerza que se desplaza cierta distancia.

El trabajo efectuado por una fuerza constante, tanto en magnitud comoen dirección, se define como el producto de la magnitud deldesplazamiento por la componente de la fuerza paralela al desplazamiento:

donde:

W es el trabajo obtenido.

F es la componente de la fuerza paralela al desplazamiento neto.

d es la cantidad de desplazamiento que se produce.

Esta imagen ilustra este concepto:

En forma más general se escribe:

donde:

F es la magnitud de la fuerza constante.

d el desplazamiento del objeto.

el ángulo entre las direcciones de la fuerza y del desplazamientoneto.

Por definición, el trabajo realizado sobre el sistema es positivo, y el trabajorealizado por el sistema es negativo.

El calor y la energía mecánica o trabajo son dos valores de la mismanaturaleza, que se pueden transformar entre sí.

Ejemplo: Si disponemos de una fuente de calor y la aplicamos a unaturbina de vapor, un motor diesel, etc., se está realizando unatransformación de calor en trabajo mecánico, en lo que llamamos motorestérmicos.

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8.3. Tipos de transformaciones del trabajo

Generalmente, en el estudio de los ciclos termodinámicos otransformaciones del trabajo se supone que el sistema es un fluidoperfecto, que funciona en una máquina igualmente perfecta; es decir,suponiendo que el ciclo está constituido por una serie de transformacionestermodinámicas ideales, como las adiabáticas (sin flujo de calor hacia odesde el sistema), isotérmicas (a temperatura constante)o politrópicas(donde todos los valores de las magnitudes características varíanconjuntamente).

Un ciclo termodinámico inverso busca lo contrario al ciclo termodinámicode obtención de trabajo, aportando trabajo externo al ciclo para conseguirque la transferencia de calor se produzca de la fuente más fría a la máscaliente, al revés de como tendería a suceder naturalmente.

Esta disposición se emplea en las máquinas de aire acondicionado y enrefrigeración.

8.3.1. Isotérmicas

Las transformaciones isotérmicas son aquellas en las que la temperaturadel sistema permanece constante.

En el diagrama de Clapeyron o diagrama P-v, obtenemos unarepresentación del trabajo como el área encerrada por la curva, tal ycomo se muestra en la imagen.

En esta transformación no hay variación de la energía interna; ademásse cumplen siguiendo la Ley de Mariotte, así pues:

8.3.2. Adiabáticas

En termodinámica se denomina proceso adiabático a aquel en el cualel sistema no intercambia calor con su entorno. El extremo opuesto a

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un proceso isotérmico, en el que tiene lugar la máxima transferencia decalor, causando que la temperatura permanezca constante.

Ejemplo: El término adiabático hace referencia a elementos que impidenla transferencia de calor con el entorno. Una pared aislada se aproximabastante a un límite adiabático. Otro ejemplo es la temperatura adiabáticade llama, que es la temperatura que podría alcanzar una llama si nohubiera pérdida de calor hacia el entorno. En climatización los procesosde humectación (aporte de vapor de agua) son adiabáticos, puesto queno hay transferencia de calor, a pesar de que se consiga variar latemperatura del aire y su humedad relativa.

El calentamiento y enfriamiento adiabático son procesos que comúnmenteocurren debido al cambio en la presión de un gas (cuando un gas secomprime obtenemos calor y cuando se expande obtenemos frío). Estopuede ser cuantificado usando la ley de los gases ideales.

La ecuación matemática que describe un proceso adiabático en un gases la siguiente:

donde:

P es la presión del gas.

V su volumen.

es la relación de los calores específicos de un gas:

Cp calor especifico a presión constante.

Cv calor especifico a volumen constante.

En el caso de transformaciones adiabáticas reversibles no puede aplicarsela ley de Poisson:

Los valores de varían entre los valores de =1.4 correspondiente a losgases ideales y =1.075 para los fluidos frigorígenos.

8.3.3. Politrópicas

Dentro de los distintos tipos de evoluciones que existen están lasevoluciones politrópicas que describen fenómenos reales, y que significa,literalmente, "muchas formas".

Nos centraremos en las compresiones politrópicas, que son las queencontraremos en la práctica de las máquinas frigoríficas.

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En la imagen quedan representadas las curvas relativas a las compresionesisotérmica y adiabática de una masa de gas M entre dos presiones.

El triangulo curvilíneo queda representado por los puntos M1 M2 M3.

En la práctica, el punto M” se acercará a M2 cuando el compresor estébien enfriado.

Las compresiones politrópicas se caracterizan por la ecuación generalsiguiente:

es decir:

Esta ecuación es similar a la ecuación de la ley de Poisson en la que Kse denomina coeficiente de compresión politrópica.

El valor de K será más bajo cuanto más elevado sea la evacuación decalor.

8.4. Potencia

En la mayoría de los procesos de intercambio energético o realizaciónde trabajo, un factor importante es el tiempo empleado en el proceso.

Si nos fijamos en aquellos aparatos que, como una nevera, un secador,una bombilla..., consumen energía y la transforman para enfriar, calentaro iluminar, la magnitud física que relaciona la energía consumida o eltrabajo realizado en una unidad de tiempo se llama potencia.

Para que una máquina lleve a cabo un trabajo necesita un periodo detiempo, por lo tanto si deseamos comparar dos máquinas es indispensablemedir el trabajo que cada una de ellas es capaz de realizar en el mismoperiodo de tiempo. Como podemos ver, se trata de una magnitudimportante.

La potencia de una máquina cuantifica el trabajo constante realizado

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por dicha máquina durante un segundo cuando trabaja a régimenconstante, es decir:

donde:

P es la potencia.

W el trabajo realizado.

t el tiempo empleado en realizar el trabajo.

8.5. Unidades de medida

La unidad de trabajo es el Julio (J) que se define como el trabajoproducido por una fuerza de un Newton cuyo punto de aplicación sedesplaza un metro en la dirección de la fuerza ejercida.

Por definición el trabajo realizado sobre un sistema es positivo, y eltrabajo realizado por un sistema es negativo.

Otras unidades utilizadas para medir el trabajo son las que se presentanen la tabla siguiente:

Como ya se estudió en apartados anteriores el julio es también unaunidad de medida de la energía.

En cuanto a la potencia, su unidad en el sistema internacional es el vatioque mide la potencia de un julio por segundo:

Otras unidades son:

UNIDADES DE TRABAJOUNIDAD EXPRESIÓN EQUIVALENCIA

Caloría cal 1 kJ=4´186 kcalBritish termal units Btu 1 kJ=1.0549 Btu

UNIDADES DE TRABAJOSISTEMA CONVENCIONAL SISTEMA METRICO (S.I.) SISTEMA YARDA LIBRAKilocalorías por segundo Kilowatios Caballo de fuerza British termal units por segundo

kcal/s kW HP Btu/s1 4´186 5´611 3´968

0´2389 1 1´340 0´91800´1782 0´746 1 0´70720´2520 1´055 1´414 1

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8.6. Estudio de los ciclos termodinámicos

Si partimos de la base de que todas las transformaciones experimentadaspor una sustancia son reversibles, resulta útil tratar los procesostermodinámicos basándose en ciclos.

Convencionalmente, el término ciclo hace referencia a aquellos procesosque devuelven un sistema a su estado original después de una serie defases, de manera que todas las variables relevantes del sistema vuelvena tomar sus valores iniciales.

Se denomina ciclo termodinámico al proceso que tiene lugar endispositivos destinados a la obtención de trabajo a partir de dos fuentesde calor a distinta temperatura o, de manera inversa, a producir el pasode calor de la fuente de menor temperatura a la fuente de mayortemperatura mediante la realización de trabajo.

La obtención de trabajo a partir de dos fuentes de calor a distintatemperatura se emplea para producir movimiento, por ejemplo en losmotores o en los alternadores empleados en la generación de energíaeléctrica.

En un ciclo completo, la energía interna de un sistema no puede cambiar,ya que el calor total neto transferido al sistema debe ser igual al trabajototal neto realizado por el sistema.

El rendimiento es el principal parámetro que caracteriza a un ciclotermodinámico, y se define como el trabajo obtenido, dividido por elcalor gastado en el proceso, en un mismo tiempo de ciclo completo siel proceso es continuo. Este parámetro es diferente según los múltiplestipos de ciclos termodinámicos que existen, pero está limitado por elfactor o rendimiento del ciclo de Carnot que se tratará en apartadossiguientes.

El estudio de los ciclos termodinámicos es útil para la compresión de losprocesos llevados a cabo por máquinas y equipos frigoríficos, puesto queun ciclo termodinámico inverso busca lo contrario al ciclo termodinámicode obtención de trabajo.

En los ciclos inversos se aporta trabajo externo al ciclo para conseguirque la transferencia de calor se produzca de la fuente más fría a la máscaliente, al revés de como tendería a suceder de forma natural. Estadisposición se emplea en las máquinas de aire acondicionado y enrefrigeración.

8.6.1. Ciclo de Carnot

En 1824 el ingeniero francés Sadi Carnot estudió la eficiencia de lasdiferentes máquinas térmicas que trabajan transfiriendo calor de una

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fuente de calor a otra para concluir con que las más eficientes son lasque funcionan de manera reversible. Para ello diseñó una máquinatérmica totalmente reversible que funciona entre dos fuentes de calorde temperaturas fijas. Esta máquina se conoce como la máquina deCarnot y su funcionamiento se llama el ciclo de Carnot.

Así pues, Carnot buscó el ciclo que debía implementar el vapor paraobtener el máximo de energía mecánica para un consumo dado deenergía calorífica en la fuente de calor, con lo que obtuvo un rendimiento:

Para conseguir su objetivo hizo que el fluido del motor describiese unciclo en el cual experimentase cuatro transformaciones termodinámicas,alternadas dos a dos como sigue:

1. Expansión isotérmica. Se parte de una situación en que el gas ocupael volumen mínimo Vmin y se encuentra a la temperatura T2 y lapresión es alta. Entonces se acerca la fuente de calor de temperaturaT2 al cilindro y se mantiene en contacto con ella mientras el gas seva expandiendo a consecuencia de su elevada presión. El gas, alexpandirse, tiende a enfriarse, pero absorbe calor de T2 y así mantienesu temperatura constante durante esta primera parte de la expansión.El volumen del gas aumenta produciendo un trabajo sobre el pistónque se transfiere al movimiento circular. La temperatura del gaspermanece constante durante esta parte del ciclo, por tanto no cambiasu energía interna y todo el calor absorbido de T2 se convierte entrabajo.

2. Expansión adiabática. La expansión isotérmica termina en un puntopreciso tal que el resto de la expansión, que se realiza adiabáticamente(es decir sin intercambio de calor, el sistema se mantiene totalmenteaislado de cualquier fuente de calor), permite que el gas se enfríehasta alcanzar exactamente la temperatura T1 en el momento enque el pistón alcanza el punto máximo de su carrera y el gas alcanzasu volumen máximo Vmax. Durante esta etapa todo el trabajo realizadopor el gas proviene de su energía interna.

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3. Compresión isotérmica. Se pone la fuente de calor de temperaturaT1 en contacto con el cilindro y el gas comienza a comprimirse perono aumenta su temperatura porque va cediendo calor a la fuente fríaT2. Durante esta parte del ciclo se hace trabajo sobre el gas, perocomo la temperatura permanece constante, la energía interna delgas no cambia y por tanto ese trabajo es absorbido en forma de calorpor la fuente T1.

4. Compresión adiabática. La fuente T1 se retira en el momento adecuadopara que durante el resto de la compresión el gas eleve su temperaturahasta alcanzar exactamente el valor T2 al mismo tiempo que elvolumen del gas alcanza su valor mínimo Vmin. Durante esta etapano hay intercambio de calor, por eso se llama compresión adiabática,y se realiza un trabajo sobre el gas, todo el cual se convierte en energíainterna del gas.

La superficie interna del diagrama del ciclo representa el trabajo mecánicoaportado por la máquina.

Este ciclo presenta una difícil realización en la práctica; es consideradocomo el ciclo de referencia para la transformación máxima del flujo decalor en trabajo, determinando el límite máximo de rendimiento quese puede alcanzar mediante un ciclo termodinámico.

Así pues, las máquinas frigoríficas son máquinas térmicas invertidas, esdecir, describen un ciclo de Carnot inverso. Si en un ciclo de Carnot elpunto figurativo del estado del fluido se desplaza en el sentido de laagujas del reloj, en un ciclo frigorífico se moverá en sentido contrario.

8.6.2. Ciclo de Rankine

El ciclo de Carnot es teórico, porque resulta casi imposible llevarlo acabo, como se ha comentado, ya que para obtener un coeficiente derendimiento frigorífico óptimo en el caso de máquinas frigoríficas, seríanecesario valorar el fluido frigorífico bajo dos adiabáticas y dos isotermas,lo que supondría realizar las transformaciones adiabáticas a una velocidadextremadamente grande y las transformaciones isotérmicas a una velocidadextremadamente lenta.

Desde el punto de vista práctico hay que buscar un ciclo que se aproximetodo lo posible al ciclo ideal de Carnot, para conseguir un buenrendimiento en relación al máximo que nos ofrece dicho ciclo.

Así pues, el ciclo de Carnot nos servirá de ciclo comparativo para valorary calcular el rendimiento de una máquina frigorífica en relación a dichociclo ideal.

El ciclo de Rankine comprende cuatro transformaciones termodinámicasalternadas dos a dos, como el ciclo de Carnot, pero a diferencia de éste,

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se trata de dos transformaciones adiabáticas y dos transformacionesisóbaras (a presión constante).

Tendremos de esta forma que el fluido estará en el estado 1 a la aspiracióndel compresor:

1º) Transformación adiabática: compresión que comienza en el punto1 de máximo volumen y presión mínima para acabar en el punto 2.

2º) Transformación isóbara: se trata de una condensación a presiónconstante hasta el punto 3 donde termina alcanzando el volumenmínimo del ciclo.

3º) Transformación adiabática: expansión del fluido hasta el punto 4 demínima presión.

4º) Transformación isóbara: evaporación a presión constante que finalizaen el punto 1, donde se vuelve al estado de menor presión y máximovolumen del fluido.

En el caso de fluidos licuables, si en la aspiración del compresor sedispone de una mezcla liquido-vapor, de manera que al final de lacompresión tengamos vapor saturado (vapor seco), los ciclos de Carnoty Rankine se superponen.

En el caso contrario, cuando aspiramos vapores saturados secos, lasuperficie interior del diagrama es superior en el diagrama de Rankine,ya que cuando se alcanza la temperatura máxima en el curso de lacompresión, ésta se convertirá entonces en isotérmica.

Pese a estas consideraciones, en la práctica nos encontraremos con quetendremos que realizar modificaciones en este ciclo, ya que, el ciclo realde una máquina no es exactamente el ciclo de Rankine. Para que estosucediese, las transformaciones 1 y 3 tendrían que ser verdaderamenteadiabáticas reversibles.

Para salvar estos puntos se efectúa una expansión del fluido a través deun orificio de pequeño diámetro, de forma que se consigue que la

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expansión sea isoentálpica (a entalpía constante), como en el diagramasiguiente, donde los puntos 2´ y 4´ representan el estado del fluidodespués de la compresión y de la expansión adiabática respectivamente.

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9. ESTUDIO TERMODINÁMICO DE LOS CICLOSDE REFRIGERACIÓN

9.1. Introducción

Las instalaciones frigoríficas tienen por fin mantener la temperatura deun local o recinto a una temperatura inferior a la temperatura ambiente.Ello se puede realizar a través de varios métodos. El más ampliamenteutilizado, y en el que se centra el desarrollo del presente curso, es elbasado en la compresión mecánica de un vapor, entendiendo por vaportodo gas capaz de condensarse a las presiones y temperaturas a las quese le somete en la instalación.

9.2. El Ciclo de Refrigeración

El ciclo de refrigeración es el proceso al que se somete el fluido frigoríficopara conseguir el enfriamiento de un recinto. Se compone de las siguientesetapas:

• Evaporación.

• Compresión.

• Condensación.

• Expansión.

El ciclo inicia con el fluido en forma de líquido a baja presión. En esascondiciones, el líquido se evapora de modo espontáneo en el interiordel evaporador, absorbiendo del local a refrigerar el calor necesario pararealizar dicha transformación (calor latente de vaporización).

En modo de vapor, el fluido accede al compresor donde es elevado aaltas presiones mediante la compresión que le provoca el elementomecánico. La compresión también causa un aumento de la temperaturaen el gas y en esas nuevas condiciones el gas condensa a líquido si esexpuesto a una temperatura inferior. Eso es lo que ocurre en el

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condensador, cediendo el calor absorbido en el evaporador al ambienteexterior (calor latente de condensación).

Tras el condensador se tiene líquido a elevada presión. Para volver alestado inicial sólo resta hacer descender la presión del líquido medianteel elemento de expansión (válvula o capilar), descendiendo también endicha expansión la temperatura del fluido.

9.3. Diagramas Termodinámicos

Con el fin de estudiar el ciclo frigorífico, analizar su evolución y modosde mejora, extraer las potencias y rendimientos frigoríficos que se estánobteniendo, y todo ello de un modo visual, se realizan los diagramastermodinámicos.

Un diagrama termodinámico es una representación de los diferentesestados a los que es sometido el fluido a lo largo del ciclo frigorífico enfunción de dos variables termodinámicas.

En la aplicación de los diagramas termodinámicos al estudio de los ciclosfrigoríficos presenta especial interés la representación en dicho diagramade las curvas que representan, concretamente para el fluido usado en lainstalación, el comienzo y el fin de las fases de evaporación y condensación.

A la línea que marca el comienzo de la evaporación o fin de lacondensación (según si el fluido está absorbiendo o cediendo calor,respectivamente) se le denomina línea de líquido ya que separa la zonadonde el fluido está presente como líquido únicamente de aquella zonaen la que coexisten líquido y gas.

De modo recíproco, a la línea que marca el fin de la evaporación o elcomienzo de la condensación (según si el fluido está absorbiendo ocediendo calor, respectivamente) se le denomina línea de vapor ya quesepara la zona donde el fluido está presente como vapor únicamente deaquella zona en la que coexisten líquido y gas.

Ambas líneas se unen en un punto denominado punto crítico. A la uniónde ambas líneas se le denomina curva de saturación: en su interiorcoexisten líquido y vapor y fuera de ella sólo puede existir una de lasfases.

El punto crítico viene marcado por la temperatura crítica del vapor. Porencima de dicha temperatura el fluido no se considera vapor sino gas (ovapor seco) ya que no es posible causar su condensación sea cual sea lapresión a la que se somete.

De la selección de las dos variables termodinámicas tomadas comoreferencia depende el tipo de diagrama que se obtiene y los resultadosque de él se pueden extraer de modo directo. Los diagramas usados en

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las instalaciones frigoríficas son los siguientes:

• Diagrama Presión-Volumen (diagrama P-V o diagrama de Andrews).

• Diagrama Temperatura-Entropía (diagrama T-S o diagrama entrópico).

• Diagrama Presión-Entalpía (diagrama P-H, diagrama entálpico o deMollier).

• Diagrama Entalpía-Entropía (diagrama H-S).

Seguidamente se presentan los conceptos de Entropía y Entalpía paraentender mejor el significado de las respresentaciones termodinámicas.

• Entropía:

- De modo introductorio y en instalaciones frigoríficas la entropía(S) debe entenderse como una medida de la energía en formade calor (Q) que posee un cuerpo a una temperatura dada (T):

En el sistema internacional de unidades, se mide en KJ/ºK(kilojulios por grado kelvin) y en KJ/ºK Kg cuando se trata deentropía específica.

• Entalpía:

- De igual modo, la entalpía (H) se define como la suma de laenergía interna (U) de un cuerpo o sustancia y el producto dela presión (P) al que está sometido por el volumen en el que estáconfinado (V):

La energía interna es la suma de la energía en forma de calor yen forma de trabajo que, de modo potencial, puede transmitir ydesarrollar un cuerpo o sustancia. En el sistema internacional deunidades la entalpía se mide en KJ (kilojulios) y en KJ/Kg cuandose trata de entalpía específica.

Al fluido que se le somete a un ciclo frigorífico se le fuerza a realizar unaserie de procesos termodinámicos con el fin de obtener el enfriamientodeseado. Estos procesos se llevan a cabo manteniendo constante algunapropiedad física y/o termodinámica: presión, temperatura, entalpía oentropía. Así:

• La evaporación y la condensación suceden a temperatura y presiónconstantes.

• La compresión sucede de modo adiabático (sin intercambio de calorcon el exterior), lo que conlleva que la entropía se puede considerarconstante.

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• La expansión sucede de modo isoentálpico y/o isoentrópico.

Con el objetivo de estudiar los ciclos frigoríficos, sobre los diagramastermodinámicos se representan líneas que muestran la evolución de lasvariables que determinan el diagrama, según se somete al fluido a unproceso en el que otra variable se mantiene constante.

Por ejemplo, en un diagrama P-V, una línea isoterma representa cómodebe ser una variación en las condiciones de presión y volumen de unfluido, de modo que no varíe su temperatura.

De un diagrama interesan las siguientes líneas:

• Isotermas (temperatura constante).

• Isobaras (presión constante).

• Isoentálpicas (entalpía constante).

• Isoentrópicas (entropía constante).

• Isócoras (volumen específico constante).

A continuación se presentan los diagramas citados en párrafos anterioresy se describen los usos que se les otorga.

9.4. Diagrama P-V o diagrama de Andrews

En el eje horizontal se representan volúmenes específicos y en el ejevertical presiones. Las líneas isobaras son líneas horizontales y las isócoras,verticales. El resto de líneas puede verse en el diagrama inferior.

Durante el ciclo frigorífico, el volumen específico del fluido varíaconstantemente y la representación del ciclo sobre el diagrama es unafigura muy irregular en la que el cálculo de áreas se hace de un modoaproximado. Los resultados de dichas mediciones resultan en unidadesmecánicas no termodinámicas.

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Por todas estas razones el diagrama de Andrews no se utiliza para elestudio termodinámico del ciclo de refrigeración. Resulta de especialinterés, sin embargo, en el estudio del ciclo de compresión y de todoslos fenómenos que ocurren durante la compresión del gas.

9.5. Diagrama T-S o diagrama entrópico

En el eje vertical se representan temperaturas y en el eje horizontalentropías. Las líneas horizontales son isotermas y las verticalesisoentrópicas. Como el ciclo frigorífico está formado por dos isotermas(evaporación y condensación) y dos isoentrópicas (compresión yexpansión), la representación del ciclo frigorífico resulta ser un rectángulo.

El área englobada por la figura del ciclo frigorífico representa la cantidadde calor que se obtiene del ciclo. En efecto, el área en el diagrama secalculará como una diferencia de entropías por una diferencia detemperaturas y, recordando la definición de entropía, se deduce laafirmación anterior.

La representación de las líneas y del ciclo frigorífico puede verse en lafigura siguiente:

9.6. Diagrama P-H o diagrama entálpico

En el eje horizontal se grafían entalpías y en el vertical presiones. Laslíneas horizontales son isobaras y las verticales isoentálpicas. La compresióny la evaporación son isobaras y la expansión es isoentálpica. De ese modo,el ciclo frigorífico se representa por un rectángulo con uno de sus ladoscurvos, el correspondiente a la compresión, que es adiabática y en eldiagrama aparece como un arco de hipérbola.

Como en el eje horizontal aparecen entalpías, las distancias horizontales

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representan directamente energía térmica que se intercambia entrefluido y entorno.

La representación de las líneas y del ciclo frigorífico puede verse en lafigura siguiente:

9.7. Diagrama H-S

En el eje vertical aparece la entalpía y en el eje horizontal la entropía.Las isoentrópicas y las isoentálpicas se representan, respectivamente, porlíneas horizontales y verticales.

En este caso son las distancias verticales las que representan la energíatérmica obtenida o cedida por el sistema durante los procesos quecomponen el ciclo.

De todos los diagramas vistos, el más ampliamente usado en el estudiode los ciclos frigoríficos es el de Mollier y será estudiado con más detalleen el tema correspondiente a sistemas frigoríficos.

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10. HIGROMETRIA

10.1. Introducción

La ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air ConditioningEngineers) define el acondicionamiento del aire como: "El proceso detratar el aire, de tal manera, que se controle simultáneamente sutemperatura, humedad, limpieza y distribución, para que cumpla conlos requisitos del espacio acondicionado". Como se indica en la definición,las acciones importantes involucradas en la operación de un sistema deaire acondicionado son:

• Control de la temperatura.

• Control de la humedad.

• Filtración, limpieza y purificación del aire.

• Circulación y movimiento del aire.

El acondicionamiento completo de aire, proporciona el control automáticode estas condiciones, tanto para el verano como para el invierno. Elcontrol de temperatura en verano se logra mediante un sistema derefrigeración, y en invierno, mediante una fuente de calor. El control dehumedad en verano requiere de deshumidificadores, lo que se hacenormalmente al pasar el aire sobre la superficie fría del evaporador. Enel invierno, se requiere de humidificadores, para agregarle humedad alaire en el sistema de calentamiento. La filtración del aire, en general, esla misma en verano que en invierno. El acondicionamiento de aire encasas, edificios o en industrias, se hace por dos razones principales:proporcionar confort al humano, y para un control más completo delproceso de manufactura; el control de la temperatura y la humedadmejora la calidad del producto terminado. Para acondicionar aire en unespacio se requiere tener conocimientos básicos de las propiedades delaire y la humedad, del cálculo de cargas de calentamiento y deenfriamiento, manejo de las tablas o carta psicrométrica, y del cálculoy selección de equipo. También se requiere del conocimiento y manejode instrumentos, como termómetros de bulbo seco y de bulbo húmedo(psicrómetro), el higrómetro, tubo de pitot, registradores, manómetrosy barómetros, como veremos a continuación.

10.2. Definiciones

Psicrometría

Se define psicrometría como la ciencia que estudia las propiedadestermodinámicas del aire húmedo y el efecto de la humedad atmosférica

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sobre los materiales y el confort humano, así como los métodos paracontrolar las características térmicas del aire húmedo.

Aire seco; características

El aire es una mezcla de gases incolora, inodora e insípida que rodea ala tierra.

La densidad del aire (peso por metro cúbico) varía, siendo mayor a niveldel mar (donde es comprimido por todo el aire encima del mismo) queen la cima de una alta montaña. El aire, no es un vapor saturado queesté cercano a temperaturas donde pueda ser condensado. Es siempreuna mezcla de gases altamente sobrecalentados. Así, cuando calentamoso enfriamos aire seco, solamente estamos agregando o quitando calorsensible. Podemos enfriar o calentar el aire, limpiarlo y moverlo, peroesto no cambia significativamente sus propiedades, ya que los relativamentepequeños cambios de temperatura que le hagamos, sólo causanpequeñísimos cambios en el volumen y la densidad.

Si el aire seco se calienta, se expande; y su densidad disminuye cuandola presión permanece constante. Inversamente, si se enfría el aire seco,aumenta su densidad. Aún más, las temperaturas, densidades, volúmenesy presiones, todas varían proporcionalmente.

La composición del aire seco (sin vapor de agua) es la indicada en latabla siguiente:

En áreas congestionadas o industriales, también puede contener azufre,carbono, plomo y ciertos ácidos, derivados de la contaminación.

Cada uno de los gases que componen el aire, se comporta de acuerdocon la ley de Dalton.

Brevemente, esta ley nos dice que una mezcla de dos o más gases puedeocupar el mismo espacio al mismo tiempo, y que cada uno actúaindependientemente de los otros. Cada uno tiene su propia densidad,su propia presión (presión parcial), y cada uno responde a los cambios

Símbolo químico % en peso % en volumen

Nitrógeno N2 75,47 78,03

Oxígeno O2 232,19 20,99

Dióxido de carbono CO2 0,04 0,03

Hidrógeno H2 0,00 0,01

Otros gases (argón, neón, ozono…..) --- 1,30 0,94

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de volumen y temperatura según sus características. Como ya hemosvisto, el aire seco no es un gas puro, ya que es una mezcla, y por lo tanto,no se conforma exactamente según las leyes de los gases, no obstante enla práctica se considera a esta mezcla de gases (aire seco sin vapor deagua) como un solo compuesto, que se rige por la ley de los gases.

A continuación se reflejan las características del aire seco a distintastemperaturas:

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Temperatura Volumen Densidad Entalpía Temperatura Volumen Densidad Entalpía

ºC Específico ºC Específico

m3/kg Kg/m3 Kcal/kg m3/kg Kg/m3 Kcal/kg

-15 0,7304 1,3691 0,6722 18 0,8244 1,2130 8,6372

-14 0,7332 1,3638 0,9123 19 0,8274 1,2086 8,8772

-13 0,7363 1,3581 1,1523 20 0,8302 1,2044 9,1228

-12 0,7391 1,3530 1,3923 21 0,8329 1,2006 9,3628

-11 0,7422 1,3473 1,6323 22 0,8360 1,1961 9,6028

-10 0,7453 1,3416 1,8779 23 0,8389 1,1920 9,8484

-9 0,7480 1,3369 2,1179 24 0,8418 1,1880 10,0706

-8 0,7511 1,3313 2,3579 25 0,8446 1,1839 10,3284

-7 0,7538 1,3266 2,5980 26 0,8474 1,1800 10,5740

-6 0,7563 1,3222 2,8390 27 0,8501 1,1763 10,7640

-5 0,7591 1,3173 3,0835 28 0,8529 1,1725 10,5740

-4 0,7619 1,3125 3,3235 29 0,8556 1,1687 10,7640

-3 0,7650 1,3072 3,5636 30 0,8583 1,1650 11,0540

-2 0,7678 1,3024 3,8036 31 0,8612 1,1611 11,2996

-1 0,7706 1,2977 4,0447 32 0,8645 1,1567 11,5396

0 0,7734 1,2928 4,2892 33 0,8672 1,1531 11,7796

1 0,7756 1,2893 4,5292 34 0,8700 1,1494 12,0252

2 0,7790 1,2837 4,7692 35 0,8727 1,1458 12,2652

3 0,7822 1,2784 5,0148 36 0,8756 1,1420 12,7564

4 0,7850 1,2739 5,2547 37 0,8786 1,1382 12,9908

5 0,7878 1,2693 5,4948 38 0,8816 1,1343 13,2308

6 0,7908 1,2645 5,7404 39 0,8843 1,1308 13,4764

7 0,7933 1,2605 5,9803 40 0,8871 1,1273 13,7164

8 0,7961 1,2562 6,2204 41 0,8900 1,1236 13,9620

9 0,7988 1,2518 6,4615 42 0,8932 1,1196 14,4420

10 0,8015 1,2476 6,7060 43 0,8957 1,1164 14,6820

11 0,8044 1,2431 6,9460 44 0,8987 1,1127 14,9276

12 0,8076 1,2381 7,1860 45 0,9014 1,1093 15,1676

13 0,8104 1,2339 7,3983 46 0,9042 1,1059 15,4132

14 0,8131 1,2297 7,6716 47 0,9073 1,1021 15,6532

15 0,8159 1,2256 7,9116 48 0,9100 1,0988 15,8955

16 0,8188 1,2213 8,1183 49 0,9129 1,0954 16,1400

17 0,8217 1,2168 8,3972 50 0,9158 1,0919 16,3900

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Humedad atmosférica

Como ya sabemos, dos terceras partes de la superficie de la tierra estáncubiertas por agua: océanos, lagos y ríos, de los cuales se desprende elvapor de agua. Las nubes, también producto de esta evaporación,contribuyen a la humedad del ambiente al condensarse y precipitarseen forma de lluvia o nieve.

Por costumbre común, decimos que el aire contiene humedad, y esconveniente hacerlo así, en el entendido de que siempre recordemosque es meramente una manera de hablar, y que en realidad, los dos sonindependientes uno del otro, y que no responden de la misma maneraa los cambios de condiciones, especialmente a los cambios de temperatura.Todo lo anterior es lo que sucede a la intemperie. Dentro de una casa,edificio o fábrica, el vapor de agua puede provenir de la cocina, baño,máquinas, personas, etc. Así pues, la cantidad de humedad en el aire enun lugar y tiempo determinados, puede variar considerablemente. Elvapor de agua es producido por el agua, a cualquier temperatura (aúnpor el hielo).

Vapor de agua, características

La humedad es un término utilizado para describir la presencia de vaporde agua en el aire, ya sea a la intemperie, o dentro de un espacio, airey vapor de agua, existen juntos en un espacio dado al mismo tiempo.Independientes uno del otro, y que no responden de la misma maneraa los cambios de condiciones, especialmente a los cambios de temperatura.Las palabras "vapor" y "gas", comúnmente las empleamos para referirnosa lo mismo; pero en realidad, un gas es un vapor altamente sobrecalentado,muy lejos de su temperatura de saturación, como el aire. Un vapor estáen sus condiciones de saturación o no muy lejos de ellas, como el vaporde agua. Así pues, el vapor de agua o "humedad" en un espacio, puedeestar en una condición de saturación o ligeramente arriba de ella. Si loenfriamos unos cuantos grados, hacemos que se condense, y si le aplicamoscalor, lo sobrecalentamos.

El agua no tiene que estar en ebullición, aunque si lo está, el vapor deagua es producido con mayor rapidez. El vapor ejerce una presióndefinida encima del agua, la cual es determinada solamente por latemperatura del agua misma, independientemente de si el agua está ono en ebullición o de si el espacio por encima del agua contiene aire.Tampoco la presión del aire ejerce efecto alguno sobre la presión delvapor. Si el agua está a una temperatura de 4ºC, la presión del vapor deagua sobre la misma es de 0.81 kPa, la cual es una presión menor quela atmosférica (vacío). Si la temperatura del agua aumenta a 15ºC, lapresión del vapor de agua sobre la misma, aumenta más del doble, esdecir, a 1.70 kPa .

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En la tabla siguiente, se muestran las propiedades del vapor de aguasaturado. Los valores de la primera columna son las temperaturas engrados centígrados. Los valores de la segunda y tercera columna, son laspresiones del vapor sobre el agua, correspondientes a las temperaturasde la primera columna; este vapor se conoce como "saturado", porquees todo el vapor de agua que puede contener ese espacio a esa temperatura.Hay que tener en cuenta que no hay diferencia si hay o no aire en eseespacio; la presión del vapor de agua será la misma, ya que ésta dependetotalmente de la temperatura del agua. Cuando comúnmente nosreferimos a la presión atmosférica o barométrica, estamos incluyendo lapresión del aire y la presión del vapor de agua que éste contiene. Lapresión atmosférica "normal" a nivel del mar, es de 101.325 kPa o de 760mm. de mercurio. Si la presión del vapor de agua en el aire a 15 o C es1.70 kPa, entonces, la presión del aire seco sería 99.625 kPa (101.325 -1.70); ya que, de acuerdo a la ley de Dalton, la presión total es la sumade las presiones parciales de los componentes: la del aire seco y la delvapor de agua. En la cuarta columna de la tabla, tenemos los valores devolumen específico. Estos nos indican el volumen en m3 que ocupa unkilogramo de agua en forma de vapor saturado (tabla en pag. siguiente)

Aire saturado

El término de aire saturado se emplea para indicar que el vapor de aguaestá saturado en la mezcla de aire seco y vapor de agua. Por tanto lapresión parcial en la mezcla es igual a la presión de saturacióncorrespondiente a la que se encuentra la mezcla; en este casodispondremos de aire seco mezclado con vapor de agua saturado.

A una temperatura determinada, si el aire está saturado y se aumenta laproporción de vapor se llegará a la condensación o formación de niebla.Si el vapor presente en el aire está sobrecalentado, se le podrá añadirmás vapor hasta que se llegue a la saturación.

Humedad absoluta

El término "humedad absoluta" (ha), se refiere al peso del vapor de aguapor unidad de volumen, generalmente un metro cúbico. En este espacio,normalmente hay aire también, aunque no necesariamente.

La humedad relativa está basada en la humedad absoluta, bajo lascondiciones establecidas; es decir, la humedad relativa es una comparacióncon la humedad absoluta a la misma temperatura, si el vapor de aguaestá saturado. Tanto la humedad absoluta como la relativa, están basadasen el peso del vapor de agua en un volumen dado.

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Tabla propiedades de mezclas de aire seco y vapor saturado a la presión atmosférica

Humedad relativa

La humedad relativa (hr) es un término utilizado para expresar lacantidad de humedad en una muestra dada de aire, en comparación conla cantidad de humedad que el aire tendría, estando totalmente saturadoy a la misma temperatura de la muestra.

La humedad relativa se expresa en porcentajes, tal como 50%, 75%,30%, etc. De acuerdo con la ASHRAE, una definición más técnica de lahr, sería la relación de la fracción mol del vapor de agua presente en elaire, con la fracción mol del vapor de agua presente en el aire saturado,a la misma temperatura y presión.

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Humedad específica

La humedad específica se refiere a la cantidad de humedad en peso quese requiere para saturar un kilogramo de aire seco, a una temperaturade saturación (punto de rocío) determinada.

La humedad específica es muy similar a la humedad absoluta, exceptoque esta última está basada en gramos por metro cúbico, y la humedadespecífica, está basada en gramos de humedad por kilogramo de aireseco.

Punto de rocío

El punto de rocío se define como: la temperatura debajo de la cual elvapor de agua en el aire comienza a condensarse. También es el puntode 100% de humedad.

La humedad relativa de una muestra de aire puede determinarse por supunto de rocío. Existen varios métodos para determinar la temperaturadel punto de rocío. Un método para determinar el punto de rocío conbastante precisión es colocar un fluido volátil en un recipiente de metalbrillante; después, se agita el fluido con un aspirador de aire. Untermómetro colocado dentro del fluido indicará la temperatura del fluidoy del recipiente. Mientras se está agitando, debe observarse cuidadosamentela temperatura a la cual aparece una niebla por fuera del recipiente demetal. Esto indica la temperatura del punto de rocío. La niebla por fueradel recipiente no es otra cosa que la humedad en el aire, que comienzaa condensarse sobre el mismo. No deben emplearse fluidos inflamableso explosivos para esta prueba. Otro medio para determinar el punto derocío indirectamente es con un instrumento llamado Psicrómetro, elcual se describirá más adelante. Este método se basa en las temperaturasde "bulbo húmedo" y la de "bulbo seco", las cuales también se definiránmás adelante. Durante la temporada de invierno, una ventana ofrece unbuen ejemplo del punto de rocío. En la tabla siguiente, se muestran lastemperaturas de superficie, las cuales causarán condensación (punto derocío) para varias condiciones de humedad. Las temperaturas interioresutilizadas son 21ºC y 27 ºC.

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Temperatura de rocío

Si una mezcla de aire y vapor se enfría a presión constante, la temperaturaa la que tendríamos vapor saturado se llama temperatura de rocío opunto de rocío.

Esta temperatura de rocío o de saturación es correspondiente a la presiónparcial del vapor de agua de la mezcla.

Es otra propiedad de aire incluida en una carta psicrométrica. Esta es latemperatura a la cual se condensará la humedad sobre una superficie.La escala para las temperaturas de punto de rocío es idéntica que laescala para las temperaturas de bulbo húmedo; es decir, es la mismaescala para ambas propiedades.

Bulbo seco

El confort humano y la salud, dependen grandemente de la temperaturadel aire. En el acondicionamiento de aire, la temperatura del aire indicadaes normalmente la temperatura de «bulbo seco» (bs), tomada con elelemento sensor del termómetro en una condición seca. Es la temperaturamedida por termómetros ordinarios en casa. Hasta este punto, todas lastemperaturas a que nos hemos referido han sido temperaturas de bulboseco, tal como se leen en un termómetro ordinario, excepto donde noshemos referido específicamente a la temperatura del punto de rocío.

21ºC 27ºC

100 21 27

90 19 25

80 18 23

70 15 20

60 13 18

50 10 15

40 7 12

30 3 8

20 -2 2

Humedad relativa delaire %

Temperatura de bulbo secode la superficie cuando seinicia la condensación.

Temperatura del aire delcuarto.

Temperaturas de superficies a las que habrá condensación

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Bulbo húmedo

Básicamente, un termómetro de bulbo húmedo no es diferente de untermómetro ordinario, excepto que tiene una pequeña mecha o pedazode tela alrededor del bulbo y esta mecha se humedece con agua limpia;la evaporación de este agua disminuirá la lectura (temperatura) deltermómetro. Esta temperatura se conoce como de «bulbo húmedo»(bh). Si el aire estuviese saturado con humedad (100% hr), la lecturade la temperatura en el termómetro de bulbo húmedo, sería la mismaque la del termómetro de bulbo seco. Sin embargo, la hr normalmentees menor de 100% y el aire está parcialmente seco, por lo que algo dela humedad de la mecha se evapora hacia el aire. Esta evaporación dela humedad de la mecha provoca que la mecha y el bulbo del termómetrose enfríen, provocando una temperatura más baja que la del bulbo seco.Mientras más seco esté el aire, más rápida será la evaporación de lahumedad de la mecha. Así que, la lectura de la temperatura del bulbohúmedo, varía de acuerdo con lo seco que esté el aire. La precisión dela lectura del bulbo húmedo, depende de lo rápido que pase el aire sobreel bulbo. Las velocidades hasta de 1,500 m/min (90 km/ hr), son mejorespero peligrosas, si el termómetro se mueve a esta velocidad. También,el bulbo húmedo deberá protegerse de superficies que irradien calor(sol, radiadores, calentadores eléctricos, calderas, etc.). Se pueden tenererrores hasta del 15% si el movimiento de aire es muy lento, o si haymucha radiación presente. Cuando la hr es de 100% (saturación), lastemperaturas de bulbo seco, bulbo húmedo y del punto de rocío sontodas la misma. Abajo de 100% de hr, la temperatura del bulbo húmedoes siempre algo menor que la del bulbo seco y mayor que el punto derocío. En la figura, se ilustran los termómetros de bulbo seco y bulbohúmedo. "A" representa la temperatura de bulbo seco, "B" la temperaturade bulbo húmedo y "C" la mecha que envuelve al bulbo húmedo. Nóteseque la temperatura mostrada en el termómetro de bulbo húmedo esconsiderablemente menor que la del termómetro de bulbo seco.

También, la temperatura de bulbo húmedo varía de acuerdo con latemperatura del cuarto; así que es afectada tanto por el calor sensibledel aire en el cuarto, como por el calor latente de la humedad del aire.Por lo tanto, la temperatura de bulbo húmedo es una indicación delcalor total en el aire y la humedad.

Imagen termómetros de bulbo seco y bulbo húmedo

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Factor de calor sensible

Relación de calor sensible con respecto al calor total, siendo este últimola suma del calor sensible y el calor latente.

Calor latente

Cantidad de energía calorífica requerida para efectuar un cambio deestado (fusión, evaporación, solidificación) de una sustancia, sin cambioen la temperatura o presión.

Porcentaje de saturación

El porcentaje de saturación (o porcentaje de humedad) es un términoque algunas veces se confunde con la humedad relativa. El porcentajede saturación es 100 veces la relación del peso de vapor de agua con elpeso del vapor de agua necesario para saturar un kilogramo de aire secoa la temperatura del bulbo seco. Esto se puede expresar en una ecuación:

donde:

% saturación=

w1= Humedad específica en el punto de rocío de la mezcla de aireseco y vapor de agua.

ws= Humedad específica en el punto de saturación.

La humedad relativa está basada en las presiones, las cuales son afectadaspor la temperatura y el volumen. El porcentaje de saturación está basadoen el peso, el cual no es afectado por los cambios de temperatura, y éstees el más preciso de los dos.

10.3. Métodos y aparatos de medida

Las mediciones absolutas de la humedad del aire atmosférico apenas seutilizan, puesto que requieren procedimientos muy laboriosos para serfiables. De los dos métodos citados a continuación, el primero se haráa título documental y el segundo como método práctico. Al final delapartado se describirán dos aparatos de medida de humedad relativa delaire.

Método gavimétrico de absorción

Un volumen de aire a una temperatura determinada pasa por unos tubosllenos de productos absorbentes que retienen el vapor de agua atmosférico.El aumento de masa será la cantidad de vapor de agua absorbida.

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mv= m1 – m

Siendo:

• mv, masa de vapor de agua contenida en los tubos absorbentes y portanto contenida en la masa de aire.

• m, masa de los tubos absorbentes antes de hacer pasar el aire porellos.

• m1, masa de los tubos después de haber hecho pasar el aire.

Para determinar la cantidad de vapor de agua contenida por metrocúbico de mezcla a la temperatura dada como:

vapor de agua kg en 1 m3 de mezcla=

Para poder asegurar que todo el vapor de agua ha sido absorbido porlos tubos es necesario disponer de un gran número de éstos y hacer pasarel aire a velocidades suficientemente bajas para que el material absorbentepueda captar todo el vapor presente en la mezcla, lo cual se traduce enprocesos muy largos de medición.

Método del punto de rocío

El método del punto de rocío consiste en enfriar una superficie metálicahasta que aparezcan condensaciones sobre ella.

La superficie metálica, cuya temperatura podemos determinar en todomomento a través de un termómetro, se enfría mediante un líquido opor evaporación de fluidos frigorígenos, mientras el aire se proyectasobre la superficie metálica pulida como un espejo. La temperatura derocío se obtiene con precisión cuando desaparece la proyección luminosadel espejo sobre la pantalla.

Higrómetros

E1 más simple de todos es el higrómetro de cabello, con sus variantes abase de una cinta higroscópica o de un haz de hilos de algodón. Elhigrómetro de cabello estaba basado en la cualidad que tiene el cabellode alargarse en presencia de la humedad; este tipo de higrómetros no

Procedimiento del punto de rocío

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resulta preciso y se ha evolucionado hacia higrómetros basados en:

• La velocidad de difusión del vapor de agua a través de una paredligeramente porosa (la velocidad de difusión aumenta con la sequedaddel aire).

• La variación de la resistencia de juego de electrodos de plata recubiertosde sal metálica higroscópica; la variación de intensidad que resultade la variación de la resistencia se amplifica, por ejemplo, a través derelés transistorizados.

Actualmente, para mediciones precisas, se emplea el higrómetroelectrónico, que permite tomar mediciones al instante, y precisas, delpunto de rocío, humedad relativa, temperatura o presión.

Psicrómetros

El psicrómetro está formado por un conjunto de dos termómetros,termómetro seco y un termómetro húmedo. Los dos termómetros,colocados uno al lado del otro en la misma corriente de aire.

Debido a la evaporación de agua, el termómetro de bulbo húmedoindicará una temperatura inferior a la del termómetro de bulbo seco;la diferencia de temperaturas se llama depresión de bulbo húmedo.

Las demás propiedades del aire podrán determinarse entrando con lastemperaturas seca y húmeda en un diagrama pscicrométrico (comoveremos en el apartado 1.10.5. ‘’Composición diagrama psicrométrico’’)o bien por vía analítica.

El psicrómetro se usa principalmente para medir las condiciones del airede un ambiente interior o exterior.

A fin de obtener resultados correctos en la utilización de estos aparatoses necesario respetar las siguientes condiciones:

• Emplear agua destilada para humidificar el bulbo del termómetrohúmedo

• Emplear agua destilada a temperatura muy próxima a la de la atmósferacontrolada

• Asegurar una ventilación constante del bulbo húmedo.

Psicrómetro

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10.4. Carta psicrométrica

Una carta psicrométrica es una gráfica de las propiedades del aire, talescomo temperatura, hr, volumen, presión, etc. Las cartas psicrométricasse utilizan para determinar cómo varían estas propiedades al cambiar lahumedad en el aire.

Las propiedades psicrométricas del aire que se describen en lasilustraciones de las tablas han sido recopiladas a través de incontablesexperimentos de laboratorio y de cálculos matemáticos, y son la basepara lo que conocemos como la Carta Psicrométrica. Aunque las tablaspsicrométricas son más precisas, el uso de la carta psicrométrica puedeahorrarnos mucho tiempo y cálculos, en la mayoría de los casos dondeno se requiere una extremada precisión. Como se mencionó al inicio deeste párrafo, la carta psicrométrica es una gráfica que es trazada con losvalores de las tablas psicrométricas; por lo tanto, la carta psicrométricapuede basarse en datos obtenidos a la presión atmosférica normal alnivel del mar, o puede estar basada en presiones menores que laatmosférica, o sea, para sitios a mayores alturas sobre el nivel del mar.Existen muchos tipos de cartas psicrométricas, cada una con sus propiasventajas. Algunas se hacen para el rango de bajas temperaturas, algunaspara el rango de media temperatura y otras para el rango de altatemperatura. A algunas de las cartas psicrométricas se les amplía sulongitud y se recorta su altura; mientras que otras son más altas queanchas y otras tienen forma de triángulo. Todas tienen básicamente lamisma función; y la carta a usar deberá seleccionarse para el rango detemperaturas y el tipo de aplicación. En este texto, utilizaremos una cartapsicrométrica basada en la presión atmosférica normal, también llamadapresión barométrica, de 101.3 kPa ó 760 mmHg. Esta carta cubre unrango de temperaturas de bulbo seco (bs) de -10 o C hasta 55ºC, y unrango de temperaturas de bulbo húmedo (bh) desde -10ºC hasta 35ºC.A continuación se muestra una carta psicrométrica básica. Está hechacon datos basados a la presión atmosférica normal de 101.325 kPa, y lasunidades son las del Sistema Internacional. Las temperaturas están engrados centígrados; el volumen en m3/kg; la humedad relativa enporcentajes; el contenido de humedad en g/kg aire seco; la entalpía yla entropía están en kilo Joules (kJ) por kg de aire seco. Un kJ/kg = 0.239kcal/ kg.

En una carta psicrométrica se encuentran todas las propiedades del aire,de las cuales las de mayor importancia son las siguientes:

• Temperatura de bulbo seco (bs).

• Temperatura de bulbo húmedo (bh).

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• Temperatura de punto de rocío (pr)

• Humedad relativa (hr).

• Humedad absoluta (ha).

• Entalpía (h).

• Volumen específico.

Conociendo dos de cualquiera de estas propiedades del aire, las otraspueden determinarse a partir de la carta.

10.5. Composición diagrama psicrométrico

Líneas de humedad total o específica

La humedad absoluta, es el peso real de vapor de agua en el aire. Tambiénse le conoce como humedad específica. La escala de la humedad absolutaes la escala vertical (ordenada) que se encuentra al lado derecho de lacarta psicrométrica, como se indica en la figura. Los valores de estapropiedad se expresan, como ya sabemos, en gramos de humedad porkilogramo de aire seco (g/kg), en el sistema internacional. Las líneas dehumedad absoluta corren horizontalmente de derecha a izquierda, y sonparalelas a las líneas de punto de rocío y coinciden con éstas. Así pues,podemos ver que la cantidad de humedad en el aire depende del puntode rocío del aire. A continuación, veremos algunos ejemplos sencillosdel uso de la carta psicrométrica, con las cinco propiedades físicas descritas

Carta psicrométrica.

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hasta este punto. Luego, veremos las demás propiedades que faltan porestudiar. Como se ha dicho, conociendo dos de estas propiedades delaire, se pueden determinar las demás con el uso de la carta psicrométrica.

Líneas de humedad relativa constante

En una carta psicrométrica completa, las líneas de humedad relativaconstante, son las líneas curvas que se extienden hacia arriba y hacia laderecha. Se expresan siempre en tantos por ciento, y este valor se indicasobre cada línea. Como ya hicimos notar previamente, la temperaturade bulbo húmedo y la temperatura de punto de rocío comparten lamisma escala en la línea curva a la izquierda de la carta. Puesto que laúnica condición donde la temperatura de bulbo húmedo y el punto derocío son la misma, es en condiciones de saturación; esta línea curvaexterior representa una condición de saturación o del 100% de humedadrelativa. Por lo tanto, la línea de 100% de hr es la misma que la escalade temperaturas de bulbo húmedo y de punto de rocío. Las líneas de hrconstante disminuyen en valor al alejarse de la línea de saturación haciaabajo y hacia la derecha, como se ilustra en la figura siguiente.

Líneas de temperatura del bulbo seco

En primer término, tenemos la temperatura de bulbo seco. Como yasabemos, es la temperatura medida con un termómetro ordinario. Estaescala es la horizontal (abscisa), en la parte baja de la carta, según semuestra en la figura. Las líneas que se extienden verticalmente, desde

Líneas de humedad absoluta en gramos/ kg

Líneas de humedad relativa en %

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la parte baja hasta la parte alta de la carta, se llaman líneas de temperaturade bulbo seco constantes, o simplemente «líneas de bulbo seco». Sonconstantes porque cualquier punto a lo largo de una de estas líneascorresponde a la misma temperatura de bulbo seco indicada en la escalade la parte baja. Por ejemplo, en la línea de 40º C, cualquier punto a lolargo de la misma, corresponde a la temperatura de bulbo seco de 40ºC de la carta psicrométrica, como se muestra en la figura. Las líneas detemperatura de bulbo húmedo constantes o líneas de bulbo húmedo,corren diagonalmente de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo,en un ángulo de aproximadamente 30ª de la horizontal. También se lesdice constantes, porque todos los puntos a lo largo de una de estas líneas,están a la misma temperatura de bulbo húmedo.

Líneas de temperatura del bulbo húmedo constante

Es la segunda propiedad del aire de nuestra carta psicrométrica.Corresponde a la temperatura medida con un termómetro de bulbohúmedo. Como ya se explicó en la sección anterior, es la temperaturaque resulta cuando se evapora el agua de la mecha, que cubre el bulbode un termómetro ordinario. La escala de temperaturas de bulbo húmedoes la que se encuentra del lado superior izquierdo, en la parte curva dela cara psicrométrica, como se muestra en la figura. Las líneas detemperatura de bulbo húmedo constante o líneas de bulbo húmedocorren diagonalmente de izquierda a derecha y de arriba abajo, en unángulo de aproximadamente 30º de la horizontal. También se les llamaconstantes porque todos los puntos a lo largo de una de estas líneas estána la misma temperatura de bulbo húmedo.

Líneas de temperatura de bulbo seco

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Líneas de volumen específico constante

En la figura, se muestran las líneas del volumen específico constante enuna carta psicrométrica. Estas líneas están en un ángulo aproximado de60º con la horizontal, y van aumentando de valor de izquierda a derecha.Por lo general, el espacio entre cada línea, representa un cambio devolumen específico de 0.05 m3/kg. Cualquier punto que caiga entre dosde estas líneas, naturalmente debe ser un valor estimado. Si se deseasaber la densidad del aire a cualquier condición, como ya sabemos, sedebe dividir uno entre el volumen específico, puesto que la densidad esla inversa del volumen específico y viceversa. Debido a que la mayoríade los cálculos en trabajos de aire acondicionado se basan en el peso delaire en lugar del volumen de aire, se recomienda el uso del volumenespecífico (m3/kg de aire) ven vez de la densidad (kg/m3 de aire).

Líneas de entalpía

Las líneas de entalpía constantes en una carta psicrométrica, son las quese muestran en la figura. Debe notarse que estas líneas, son meramenteextensiones de las líneas de bulbo húmedo; puesto que el calor total delaire depende de la temperatura de bulbo húmedo. La escala del ladoizquierdo lejana a la línea curva da el calor total del aire en kJ/kg deaire seco, en el sistema internacional. Esta escala aumenta de -6 kJ/kga la temperatura de -10ºC de bulbo húmedo, hasta aproximadamente115 kJ/kg a 33ºC de bulbo húmedo.

Líneas de temperatura de bulbo húmedo

Líneas de volumen específico en m3/kg de aire seco

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Líneas de temperatura punto de rocío

Es otra propiedad de aire incluida en una carta psicrométrica. Esta es latemperatura a la cual se condensará la humedad sobre una superficie.La escala para las temperaturas de punto de rocío es idéntica que laescala para las temperaturas de bulbo húmedo; es decir, es la mismaescala para ambas propiedades. Sin embargo, las líneas de la temperaturade punto de rocío corren horizontalmente de izquierda a derecha, comose ilustra en la figura, no en forma diagonal como las de bulbo húmedo.Cualquier punto sobre una línea de punto de rocío constante, correspondea la temperatura de punto de rocío sobre la escala, en la línea curva dela carta.

Curvas de saturación

La constitución del diagrama o carta pscicrometrica consiste de lasobreimposición de las siete propiedades descritas, ocupando la mismaposición relativa sobre la carta. En la descripción de cada una de las sietepropiedades se definió la línea constante como una línea que puedecontener un número infinito de puntos, cada uno a la misma condición;esto es, si fuésemos a trazar una sola condición del aire, tal como latemperatura del bulbo seco sobre la carta psicrométrica, ésta podría caeren cualquier punto sobre la línea constante, correspondiente a esatemperatura de bulbo seco. Pero ahora, en la carta psicrométricacompuesta, tenemos un número de líneas que se cruzan una con otra;así que, si trazamos un punto sobre una línea de bulbo seco constante,

Líneas de entalpía en kJ/kg de aire seco

Líneas de temperatura de punto rocío

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este punto también corresponderá a diferentes valores sobre las líneasconstantes para la temperatura de bulbo húmedo, punto de rocío,humedad relativa, volumen específico, humedad específica y entalpía.Suponiendo que dos de cualquiera de estas líneas constantes se cruzaranen un punto común sobre la carta, podremos trazar ese puntoexactamente, si conocemos dos de cualquiera de esas propiedades delaire. A partir de este punto, podemos entonces movernos a lo largo delas respectivas líneas constantes para las otras propiedades del aire, ypodemos leer el valor en sus escalas respectivas, sin tener que recurriral problema de calcularlos, como vimos en la sección de las tablaspsicrométricas. Aunque este método no es tan preciso como el métodode las tablas, es mucho más rápido, y el grado de precisión essuficientemente cercano para fines prácticos.

Si a una muestra de aire se le toman las temperaturas de bulbo seco(35ºC) y bulbo húmedo (22ºC), ¿cuáles serán las demás propiedades?Primero, trazamos un punto donde estas dos líneas se cruzan, como semuestra en la figura y lo marcamos como punto "A". Éste es el únicopunto en la carta donde existen estas dos condiciones (35ºC bs y 22ºCbh). Las demás condiciones pueden encontrarse fácilmente, simplementenos desplazamos a lo largo de la línea constante correspondiente, leyendoel valor en esa escala.

El orden no es importante, y puede comenzarse por cualquier propiedad.Comenzamos determinando la temperatura de punto de rocío; partimosdel punto "A", horizontalmente hacia la izquierda de la carta, y dondecruza la escala de temperatura de bulbo húmedo, esa es la temperaturade punto de rocío, ya que es la misma escala, puesto que en esa líneacurva el aire está en su condición de saturación. La temperatura de puntode rocío para este ejemplo es de 15.8ªC (punto "B"). El contenido dehumedad se determina sobre la escala del lado derecho de la carta; porlo que, partiendo del punto "A", nos desplazamos horizontalmente haciala derecha, y cruzamos la escala en aproximadamente 11,3 g/kg de aireseco (punto "C").

La humedad relativa se determina por la posición del punto "A", conrespecto a las líneas de humedad relativa de la carta. Examinando decerca este punto, vemos que está aproximadamente a una quinta partede la distancia entre las líneas de 30% y 40% de hr. Por lo que podemosestimar que la hr es de 32%.

La ubicación del punto "A", con respecto a las líneas constantes delvolumen específico, indica que cae aproximadamente a 4/5 partes dela distancia entre la línea de 0.85 y 0.90 m3/kg de aire seco, (4 ÷ 5 =0.80). Como hay una diferencia de 0.05 m3/kg entre una línea y otra,podemos estimar que el volumen específico es 0.85 + 0.80 veces 0.05, osea 0.89 m3/kg de aire seco, 0.85 + (0.80 x 0.05) = 0.89. La densidad seríalo inverso del volumen específico, o sea 1 ÷ 0.89 = 1.12 kg/m3.

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Extendiendo la línea constante de bulbo húmedo, de 22 o C directohacia arriba y a la izquierda, hasta cortar la escala de calor total o entalpía(punto "D"), podemos leer que la entalpía del aire es de 64.6 kJ/kg deaire seco. Para convertir kilojoules por kilogramo a kilocalorías porkilogramo, dividimos los kJ/kg entre 4.184(64.6 kJ/kg ÷ 4.184 = 15.44kcal/kg).

Mientras que los valores de las demás propiedades obtenidos en la cartapsicrométrica son muy parecidos a los calculados mediante el métodode las tablas psicrométricas, parecería que el valor de la entalpía esconsiderablemente menos preciso; pero, debe recordarse que en elproceso de acondicionamiento de aire, nos interesa el cambio de calor,en lugar del valor absoluto del calor total. La diferencia entre las tablasy la carta es consistente a través de todo el rango de temperaturas conlas cuales se va a trabajar; así que los cambios en los valores de entalpíaen la carta serán casi idénticos a los cambios en las tablas. Como se puedeobservar, es relativamente simple determinar las propiedades del aire enuna carta psicrométrica, conociendo dos (cualquiera) de ellas. Se requiereque a partir de un punto dado en la carta, las demás propiedades seobtengan siguiendo una serie de líneas, que pueden ser horizontales,verticales, diagonales o curvas. La precisión del resultado, dependegrandemente de la versión individual, la habilidad para trazar líneas yel método de interpolación. La interpolación significa obtenermatemáticamente los valores de los puntos que caen entre dos líneas; locual, en ocasiones, puede consumir una gran cantidad de tiempo yesfuerzo. Pero el uso de la carta no se limita solamente a determinar laspropiedades de una muestra de aire, también se pueden calcular lascargas térmicas al calentar o enfriar la muestra de aire, con o sinhumidificación o deshumidificación, cambios en el volumen, mezclas deaire, etc.

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10.6. Estudio de las operaciones de tratamiento de aire

Humidificación

La humidificación o humectación del aire es un proceso cuya finalidades incrementar el con-tenido de humedad absoluta de una masa de aire.El aire se humidifica normalmente por medio de pulverizadores quereducen el agua a finas gotitas, a fin de ofrecer una mayor superficie alflujo de aire que se debe humidificar.

Pulverizar el agua es desmenuzarla en pequeñas partículas, tambiénllamadas aerosoles. Éstas, luego, se esparcen en el aire que van ahumidificar y se evaporan. La energía necesaria para la evaporación delos aerosoles proviene del aire ambiente, lo cual produce un enfriamientodenominado enfriamiento adiabático

Todos los sistemas de humidificación adiabática están basados en unode los dos principios: atomización o pulverización; en ambos casos, laenergía requerida para pulverizar el agua es tomada del aire que sepretende humidificar. El calor total contenido en el aire disminuye, igualque en los procesos donde tiene lugar un enfriamiento adiabático.

A continuación puede comprobarse en el diagrama psicrométrico elproceso de humidificación, al no producirse adición de calor, el procesoque se sigue en el diagrama psicrométrico es una línea de entalpíaconstante.

Diagrama psicrométrica humidificación

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Los humectadores producen agua pulverizada (aerosoles), estas gotaspueden estar contaminadas por la legionella. La legionelosis se transmitepor vía aérea; es necesario inhalar el germen que el aire transporta dentrode muy pequeñas gotas de agua. Todas aquellas instalaciones en las quehay emisión de aerosoles, tales como torres de refrigeración, instalacionesde agua caliente sanitaria, humectadores, fuentes... deben ser tratadascon el fin de no propagar la bacteria.

Humidificación por vapor de agua

Cuando se calienta el aire húmedo, la humedad relativa disminuye. Paracompensar, se añade vapor de agua en el aire. Al añadir agua, la relaciónde humedad aumenta; este fenómeno se conoce por humidificación.

Debido a que el calor necesario para la vaporización del agua se obtienedel propio humidificador, el aire aumenta su contenido en agua sinvariación de su temperatura; el proceso que se sigue en el diagramapsicrométrico es una línea de temperatura constante llamada isoterma.

Calentamiento sensible

Cuando el aire se calienta con una batería, su humedad específica novaría. Al calentar aire helado se requiere solo un cambio en el calorsensible del aire y no afecta a la humedad de éste.

Enfriamiento sensible

El término cambio de calor sensible se refiere a un cambio en calor queprovocará un cambio en la temperatura del aire. Con frecuencia, al



Los humectadoresproducen aguapulverizada (aerosoles),estas gotas puedenestar contaminadas porla legionella. Lalegionelosis setransmite por vía aérea;es necesario inhalar elgermen que el airetransporta dentro demuy pequeñas gotas deagua. Todas aquellasinstalaciones en las quehay emisión deaerosoles, tales comotorres de refrigeración,instalaciones de aguacaliente sanitaria,humectadores,fuentes... deben sertratadas con el fin deno propagar la bacteria.

Diagrama psicrométrica por vapor de agua

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enfriar el aire seco y caliente se requerirá tan sólo un cambio en el calorsensible del aire. Puesto que un cambio en el calor sensible del aire noafectará la cantidad de humedad de éste; dicho cambio puede grafiarseen la carta psicrométrica, paralelo a las líneas constantes de punto derocío. Esto significa que el punto de rocío del aire no cambiará mientrassea solamente calor sensible el que se agrega o se quita. Por otra parte,el peso total del aire en kg permanece constante, pero su volumen(m3/kg) sí cambia, puesto que el aire se contrae al ser enfriado.

Veamos el enfriamiento sensible de aire en el diagrama psicrométrico.Si originalmente está a 43ºC de bs, y 21ºCde bh, y se quiere enfriarlo a17 ºC de bs y 12ºC de bh. Comparando las propiedades de la condicióninicial (1), con las de la condición final (2), podemos ver que hemosaumentado la hr del aire de aproximadamente 13%, a aproximadamente56%, como se muestra en la figura siguiente, aunque no se ha cambiadoel contenido de humedad del aire. Esto es porque al enfriar el aire se lereduce su capacidad de retención de humedad en saturación, yconsecuentemente, se aumenta la relación de humedad en el aire, conla máxima que podría retener a esa temperatura de bs. Esta línea deenfriamiento sensible (1-2), es casi paralela a las líneas constantes decontenido de humedad, que son las mismas de la temperatura de puntode rocío; por lo que estos dos valores son constantes y no cambian duranteel enfriamiento sensible. En este ejemplo, el contenido de humedad esde aproximadamente 6.4 g/kg de aire seco, y la temperatura de puntode rocío es de 8.2 ºC.

También podemos ver que al enfriar el aire, se ha disminuido su volumenespecífico de aproximadamente 0.905 m3/kg, que tenía en el punto 1,a aproximadamente 0.835 m3/kg en el punto 2. Consecuentemente, aldisminuir su volumen específico, aumenta su densidad. Como es lógico,el aire con un cierto contenido de humedad, mientras más frío está esmás denso. Al grafiar el cambio de entalpía para este efecto de enfriamientosensible, se puede ver que en la condición 1, contenía 61 kJ/kg (14.58kcal/kg), mientras que en la condición 2 contiene 34.2 kJ/kg (8.17kcal/kg). Si restamos la entalpía 2 de la entalpía 1, llegamos a un cambiototal de entalpía de 6.41 kcal/kg. Por lo tanto, por cada kilogramo deaire que se enfríe de la condición inicial a la final, se deben quitar 6.41kcal/kg. Este cambio de calor sensible se muestra en la figura como hs.



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Mezcla de dos cantidades de aire húmedo

En el acondicionamiento de aire, con mucha frecuencia se requieremezclar aire a diferentes temperaturas de bh y de bs, para lograr unadeterminada condición final de aire. La mayoría de las aplicaciones deaire acondicionado comercial requieren de un cierto volumen de aireexterior que sea introducido al espacio ocupado. En la tabla siguientese indican los caudales mínimos de aire exterior en l/s por unidadexigidos por la norma UNE 100-011-91. Puesto que la introducción del100% de aire exterior no es práctica, desde el punto de vista de costooperacional, se debe mezclar el aire exterior requerido, con un porcentajede aire de retorno, antes de calentarlo o enfriarlo.



Diagrama psicrométrico ejemplo enfriamiento sensible

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Almacenes - 0,75 a 3 - -

Aparcamientos - 5 - -

Archivos - 0,25 - -

Aseos públicos - - - 25

Aseos individuales - - 15 -

Auditorios 8 - - -

Aulas 8 - - -

Autopista - 2,5 - -

Bares 12 12 - -

Cafeterías 15 15 - -

Canchas para el deporte - 2,5 - -

Comedores 10 6 - -

Cocinas 8 2 - -

Descanso (Salas de) 20 15 - -

Dormitorios colectivos 8 1,5 - -

Escenarios 8 6 - -

Espera y recepción (Salas) 8 4 - -

Estudios holográficos - 2,5 - -

Exposiciones (Salas de) 8 4 - -

Fiestas (Salas de) 15 15 - -

Fisioterapia (Salas de) 10 1,5 - -

Gimnasios 12 4 - -

Gradas de recintos deportivos 8 12 - -

Grandes almacenes 8 2 - -

Habitaciones de hotel - - 15 -

Habitaciones de hospital 15 - - -

Imprentas, reproducción y planos - 2,5 - -

Juegos (Salas de) 12 10 - -

Laboratorios 10 3 - -

Lavanderías industriales 15 5 - -

Vestíbulos 10 15 - -

Oficinas 10 1 - -

Paseos de centros comerciales - 1 - -

Tipo de local Por persona Por m2 Por local Otros

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Un método empleado para el acondicionamiento de mezclas de aire dedistintas condiciones de temperatura y humedad, es mezclar el aire deretorno y el aire exterior, antes de ser tratado tal y como se muestra enla figura, donde se distingue el conducto de aire de retorno, el conductode aporte de aire exterior, la sección de mezcla, la batería de frío (dondeel aire intercambia calor con el agua refrigerada) y la impulsión de aireal interior del local.

Si se mezclan 0.71 m3/min de aire exterior, a 35ºC de bs y 24 ºC de bh,con 2.12 m3/min de aire de retorno a 27ºC de bs y 19º C de bh, el flujototal del aire será de 2.83 m3/min. Esto dará una relación de mezcla de25% de aire exterior y 75% de aire recirculado (en base a volumen). Enuna carta psicrométrica trazamos las condiciones del aire exterior (punto



Pasillos - - - -

Piscinas - 2,5 - -

Quirófanos y anexos 15 3 - -

Reuniones (Salas de) 10 5 - -

Salas de curas 12 2 - -

Salas de recuperación 10 1,5 - -

Supermercados 8 1,5 - -

Talleres en general 30 3 - -

en centros docentes 10 3 - -

de reparación automática - 7,5 - -

Templos para culto 8 - - -

Tiendas en general 10 0,75 - -

de animales - 5 - -

especiales - 2 - -

UVI 10 1,5 - -

Vestuarios - 2,5 - 10

Tipo de local Por persona Por m2 Por local Otros

Aporte da aire exterior de dos cantidades de aire

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1), y las del aire recirculado o de retorno (punto 2), como se muestraen la figura.

Calculando los pesos de estas cantidades de aire tenemos que el peso delaire exterior se calcula con la densidad. Como ya sabemos, la densidades lo inverso el volumen específico, por lo que determinamos a partir ela carta psicrométrica, que el volumen específico del aire exterior, es deaproximadamente 0.893 m3/kg de aire. Este dato corresponde a lascondiciones del aire en el punto 1 de la figura.

El peso del aire exterior es:

1/ 0.893 x 0.71 = 0.795 kg/min.

El peso del aire recirculado se calcula procediendo de la misma maneray tenemos:

1/ 0.814 x 2.12 = 2.604 kg/min,

y el peso total del aire es:

0.795 + 2.604 = 3.399 kg/min.

Los porcentajes (ahora en peso) son 24.45% de aire exterior y 75.54%de aire de retorno. La diferencia en porcentajes es aproximadamentede 0.5%, lo que a una temperatura de -9ºC da un error de solamente0.04º C.

La línea recta que une los puntos 1 y 2, en la figura, representa el trayectode la temperatura de la mezcla de estas dos condiciones del aire, encualquier proporción. Los puntos extremos 1 y 2 representan el 100%de la mezcla a esas temperaturas; es decir, si la mezcla constituye 99%de aire a 35 ºC de bs y 24ºC de bh, el restante 1% sería aire a 27º C debs y 19ºC de bh, y este punto estaría muy cercano al punto 1. Si la mezclacontiene 50% de cada una de las dos condiciones, la condición de lamezcla resultante caerá sobre la línea, en un punto a la mitad de ladistancia entre 1 y 2.



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Calentamiento con deshumidificación

Es el calentamiento del aire y la eliminación de la humedad de éste. Elproceso de calentamiento con deshumidificación se caracteriza por unaumento de la entalpía y una disminución de la humedad relativa.

Enfriamiento con deshumidificación

Es la eliminación simultánea del calor y la humedad del aire. La cantidaddel vapor de agua, presente dentro de una zona ocupada, variarádependiendo del número de personas presentes y de su actividad, lacondición del aire exterior, la estructura del edificio y la cantidad deinfiltración.

Revisaremos la capacidad de un sistema de aire acondicionado, el cualha sido clasificado por el fabricante en 30,240 kcal/h. En nuestra pruebade capacidad, no usaremos las mismas condiciones de prueba que elfabricante, pero podemos aproximarnos, utilizando 100% de aire de



Diagrama psicrométrico mezcla de dos cantidades de aire húmedo

Calentamiento con deshumidificación y aporte da aire exterior

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retorno a la entrada del evaporador en un día caluroso de verano,ajustando la velocidad del ventilador para que dé una velocidad del airede aproximadamente 150 m/min, sobre la superficie del serpentín.

Mientras que este ejemplo se refiere específicamente al acondicionamientode aire de verano, las condiciones de humedad controlada se aplicanigualmente al almacenamiento de carne, por ejemplo, en una cámarade conservación.

Lo primero que hay que hacer es medir las temperaturas de bs y de bhdel aire que entra y sale del serpentín del evaporador. En este ejemplo,las condiciones iniciales del aire son de 27ºC de bs y de 20ºC de bh; lascondiciones a la salida o finales son de 10ºC de bs y 9ºC de bh. En nuestroejemplo, usaremos una velocidad promedio del aire de 158 m/min, yun evaporador de 91 cm de largo por 46 cm de alto.

El primer paso para calcular la capacidad del sistema es trazar lascondiciones del aire a la entrada y a la salida del serpentín sobre la cartapsicrométrica, tal como se muestra en la figura. El punto 1 representalas condiciones de entrada del aire, y el punto 2 representa de salida. Elpunto 3, representa la temperatura aproximada real del serpentín. Elpunto 3 se encuentra extendiendo la línea recta que conecta los puntos1 y 2, hasta la curva de saturación.

Este punto, también llamado el «punto de rocío del aparato», es latemperatura promedio del agua que se condensa sobre la superficie delserpentín. Conforme sea la condición se mueve a la izquierda de la carta,removiendo calor del aire, pero también humedad. Enseguida,encontramos el cambio de calor total en un kilogramo de aire, restandola entalpía en la condición de salida, de la entalpía en la condición deentrada:

ht = 57,5-27,0= 30,5 kJ/kg (13.74-6.45 = 7.29 kcal/kg).

Puesto que el volumen del aire sobre el serpentín es controlado por elventilador, y que este mismo aire cambiará de densidad y volumenespecífico al cambiar la temperatura a través del sistema, el siguientepaso será determinar el peso total del aire que circula por el ventilador.El peso del aire no cambiará, puesto que la materia no puede ser creadani destruida.

El área frontal del evaporador es:

91 x 46 cm = 0.4186 m2.

Si multiplicamos esto por la velocidad del aire sobre el serpentín,tendremos un valor de 66.138 m3/min (0.4186 m2 x 158 m/min).

Ahora, para poder convertir este volumen de aire a peso, dividimos losm3/min entre el volumen específico del aire a las condiciones de entrada,ya que siempre debemos hacer los cálculos para el punto al cual se tomóla medición de la velocidad del aire. Un vistazo a la carta, muestra que



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la condición de entrada cae un poco menos de la mitad, entre las líneasconstantes de volumen de 0.85 y 0.90 m3/ kg de aire seco. Podemosestimar por interpolación, que el valor de volumen específico es de 0.87m3/kg; así pues, tenemos un peso total de aire circulado de 76.02 kg/min(66.138 ÷ 0.87).

Ahora, del cálculo anterior, tenemos un cambio de entalpía de 7.29kcal/kg y tenemos 76.02 kg de aire circulando por minuto. Multiplicandoestos dos valores, nos dará el cambio de entalpía en el aire por minuto,o sea, 7.29 x 76.02 = 554.2 kcal/min. La capacidad total del equipo, bajocondiciones reales, se obtiene multiplicando las kcal/min por 60, paraobtener las kcal/h, 554.2 x 60 = 33,252



Diagrama psicrométrico enfriamiento con deshumidificación

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RESUMEN

• La energía es la capacidad para producir cambios y se puede emplearpara la obtención de calor y trabajo.

• El calor es la energía que se transfiere entre dos sistemas (o de unsistema y sus alrededores), está relacionado con el movimiento delas partículas que componen el cuerpo o sustancia estudiado.

• El frío es el término negativo del calor, que indica su disminución oausencia.

• Cuando dos sistemas comparten espacio físico el calor se transmitedel más caliente al menos caliente. El calor puede pasar de uno aotro de tres formas distintas:

- Por conducción.

- Por convección.

- Por radiación.

• El término temperatura se refiere al nivel de energía calorífica queposee un cuerpo. Los aparatos que se utilizan para medir latemperatura se denominan termómetros:

- Termómetro de mercurio.

- Termómetro de alcohol.

- Termómetros especiales.

Termómetro de máxima.

Termómetros de mínima.

Termómetros de máxima y mínima.

- Termómetro de bulbo termostático.

- Termómetro de par termoeléctrico.

- Termopar.

• Las escalas termométricas actuales se basan en:

- A: La temperatura de fusión del agua.

- B: La temperatura de ebullición del agua.

Las escalas más comunes son:

- Centígrada o Celsius.

- Fahrenheit.

- Reamar.



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- Kelvin.

• Los aumentos de temperatura provocan dilataciones en los cuerpos,que deben ser controladas ya que pueden resultar tan útiles comodañinas para los sistemas.

• El calor específico de un cuerpo es la cantidad de calor que hacefalta suministrar a la unidad de masa de ese cuerpo para elevar sutemperatura un grado Kelvin o un grado centígrado.

• El calor latente es la cantidad de calor que hay que suministrar oextraer a la unidad de masa de ese cuerpo, para provocar en él uncambio de estado, sin que esto provoque un cambio de temperatura.

• Calor sensible es la cantidad de calor que extraída o aportada a uncuerpo es capaz de hacer que su temperatura disminuya o aumenterespectivamente, sin que se produzca ningún cambio de fase en elcuerpo.

• La materia puede existir en la naturaleza ( a la temperatura y presiónde la superficie terrestre) en tres formas físicas distintas que sedenominan estados físicos de la materia o fases de una sustancia:

- Sólido.

- Líquido.

- Gas.

• Los cambios físicos que se pueden producir en la materia son:

- Condensación: paso de una sustancia de estado gas a estadolíquido.

- Solidificación: paso de una sustancia de estado líquido a sólido.

- Fusión: paso de una sustancia de estado sólido a líquido.

- Evaporación: paso de una sustancia de estado líquido a gaseoso.

- Sublimación: paso de una sustancia de estado sólido a gaseososin pasar por el estado líquido.

• Saturación:

- Líquido saturado: esta condición se da cuando una sustancia haabsorbido calor hasta el momento en que empieza a evaporarse.

- Vapor saturado: cuando la temperatura de una sustancia gaseosabaja, debido a una cesión o extracción de calor, hasta un puntoen el que cualquier pérdida de calor supondría la condensaciónde una parte del vapor.

- Mezcla saturada líquido-vapor: esta condición se da en una sustanciacuando el líquido y el vapor coexisten en equilibrio.

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• Los gases se caracterizan por no tener una forma definida y adoptarla del recipiente que los contiene, con los cambios de temperaturay presión el efecto que se obtiene en los gases es mucho mayor si loscomparamos con los que sufren las sustancias en estado líquido ysólido. El estudio de las propiedades de los gases lo separaremos entres partes:

- Ley de Mariotte: a temperatura constante, relación entre presióny volumen.

- Ley de Gay-Lussac: a presión constante, relación entre volumen.

- Ley de Charles: a volumen constante, relación entre presión ytemperatura.

• Gas ideal, o perfecto, es el que sigue rigurosamente las leyes deMariotte, Gay-Lussac y Charles. La desviación del comportamientode un gas real con respecto del de un gas ideal a una temperatura ypresión dadas, puede corregirse con el factor de compresibilidad Z.

• La energía se clasifica en distintos tipos:

- Energía estática:

Energía cinética.

Energía potencial.

Energía interna.

Energía química.

Energía nuclear.

Energía electromagnética.

- Energía dinámica

- Calor

• El trabajo es el producto de la magnitud del desplazamiento por lacomponente de la fuerza paralela al desplazamiento. El trabajorealizado sobre el sistema es positivo, y el trabajo realizado por elsistema es negativo.

• La potencia de una máquina cuantifica el trabajo que realiza duranteun segundo trabajando a régimen constante.

• Ciclo termodinámico es el proceso que tiene lugar en dispositivosdestinados a la obtención de trabajo a partir de dos fuentes de calora distinta temperatura o a producir el paso de calor de la fuente demenor temperatura a la fuente de mayor temperatura mediante larealización de trabajo.

• El ciclo de Carnot es teórico ya que resulta casi imposible llevarlo acabo.

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• El ciclo de Rankine comprende cuatro transformacionestermodinámicas alternadas dos a dos, como el ciclo de Carnot, perose trata de dos transformaciones adiabáticas y dos transformacionesisóbaras.

• El método más utilizado para atemperar un espacio es el basado enla compresión mecánica de un vapor y se compone de las siguientesetapas:

- Evaporación.

- Compresión.

- Condensación.

- Expansión.

• Para estudiar el ciclo frigorífico existen una serie de diagramas quenos ayudan a conocer las propiedades de la sustancia sobre la que seestá actuando:

- Diagrama Presión-Volumen (diagrama P-V o diagrama deAndrews).

- Diagrama Temperatura-Entropía (diagrama T-S o diagramaentrópico).

- Diagrama Presión-Entalpía (diagrama P-H, diagrama entálpico ode Mollier).

- Diagrama Entalpía-Entropía (diagrama H-S).

• La psicrometría es la ciencia que estudia las propiedadestermodinámicas del aire húmedo, el efecto de la humedad atmosféricasobre los materiales y el confort humano y los métodos para controlarlas características térmicas del aire húmedo. Los parámetros que locaracterizan son:

- La humedad.

- Aire saturado.

- Humedad absoluta (ha).

- La humedad relativa (hr).

- Humedad específica.

- Punto de rocío.

• Temperatura del bulbo seco es la temperatura medida por termómetrosordinarios.

• Un termómetro de bulbo húmedo es como un termómetro ordinariocon una mecha o pedazo de tela alrededor del bulbo humedecidacon agua limpia.

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• El porcentaje de saturación, es 100 veces la relación del peso de vaporde agua con el peso del vapor de agua necesario para saturar unkilogramo de aire seco a la temperatura del bulbo seco.

• Los métodos y aparatos que se utilizan para medir la humedad delaire son:

- Método gravimétrico de absorción.

- Método del punto de rocío.

- Higrómetro.

- Psicrómetro.

• Carta psicrométrica es una gráfica de las propiedades del aire, utilizadapara determinar cómo varían estas propiedades al cambiar suhumedad.

• Las operaciones más comunes en el tratamiento del aire son:

- Humidificación.

- Humidificación por vapor de agua.

- Calentamiento sensible.

- Enfriamiento sensible.

- Mezcla de dos cantidades de aire húmedo.

- Calentamiento con deshumificación.

- Enfriamiento con deshumificación.

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GLOSARIO

Absorbente: Sustancia con la habilidad de tomar o absorber otra sustancia.

Acondicionador de aire: Dispositivo utilizado para controlar la temperatura,humedad, limpieza y movimiento del aire en el espacio acondicionado,ya sea para confort humano o proceso industrial.

Adiabática, compresión: Compresión de gas refrigerante, sin quitarle niagregarle calor.

Aeración: Combinación de las substancias con el aire.

Aire: Mezcla de gases que rodea a la tierra, compuesto mayoritariamentepor nitrógeno (N2) y oxígeno (O2).

Aire acondicionado: Control de la temperatura, humedad, limpieza ymovimiento de aire en un espacio confinado, según se requiera, paraconfort humano o proceso industrial. Control de temperatura significacalentar cuando el aire está frío, y enfriar cuando la temperatura es muycaliente.

Aire normal (estándar): Aire que contiene una temperatura de 20° C(68º F), una humedad relativa de 36 % y una presión de 101.325 kPa(14.7 psia).

Aire RAM: Aire forzado a través del condensador, causado por el rápidomovimiento de un vehículo en la carretera.

Aire seco: Aire en el cual no hay vapor de agua (humedad).

Aislamiento (eléctrico): Sustancia que casi no tiene electrones libres; loanterior hace que sea pobre en la conducción de la corriente eléctrica.

Aislamiento (térmico): Material que es pobre conductor de calor; por loque se usa para retardar o disminuir el flujo de calor. Algunos materialesaislantes son corcho, fibra de vidrio, elásticos espumados (poliuretanoy poliestireno), etc.

Ambiente: Condiciones circundantes.

Amoniaco: Combinación química de nitrógeno e hidrógeno (NH3).También se usa como refrigerante y se identifica como R-717.

Anemómetro: Instrumento utilizado para medir la proporción del flujoo movimiento (velocidad) del aire.

A.S.A.: Siglas de "American Standards Association". Ahora se le conocecomo "American National Standards Institute" (A.N.S.I.).

Atmósfera normal (estándar): Ver Aire Normal (Estándar).

Atomizar: Proceso de cambiar un líquido a partículas diminutas de finorocío.

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Átomo: La partícula más pequeña de un elemento; puede existir sola,o en combinación con otros átomos.

Baño: Solución líquida usada para limpiar, recubrir o mantener unatemperatura especificada.

Bar: Unidad de presión absoluta. Un bar equivale a 100 kPa (0.9869atmósferas).

Barómetro: Instrumento para medir la presión atmosférica. Puede estarcalibrado en mm o pulgadas de mercurio en una columna; o en Kg/cm2

o en lb/pulg2.

Bernouilli, Teorema de: En una corriente de líquido, la suma de la cargade altura, la carga de presión y la velocidad, permanece constante a lolargo de cualquier línea de flujo, suponiendo que no se hace ningúntrabajo por o sobre el líquido en el trayecto de su flujo; disminuye enproporción a la pérdida de energía en el flujo.

Boyle, Ley de: Ley de física: el volumen de un gas varía al variar la presión,si la temperatura permanece constante. Ejemplo: Si la presión absolutaejercida sobre un gas se aumenta al doble, su volumen se reduce a lamitad. Si el volumen aumenta al doble, la presión del gas se reduce a lamitad.

Bromuro de litio: Elemento químico, comúnmente utilizado comoabsorbente en un sistema de refrigeración por absorción. El agua puedeser el refrigerante.

Bulbo húmedo, termómetro: Instrumento utilizado en la medición dela humedad relativa. La evaporación de la humedad disminuye latemperatura de bulbo húmedo, comparada con la temperatura de bulboseco de la misma muestra de aire.

Bulbo seco, termómetro: Instrumento con un elemento sensible paramedir la temperatura ambiente del aire.

Bulbo sensor: Parte de un dispositivo con un fluido sellado, que reaccionaa los cambios de temperatura. Se usa para medir temperaturas o paracontrolar mecanismos.

Bulbo sensor de temperatura: Bulbo que contiene un fluido volátil yfuelle o diafragma. El aumento de temperatura en el bulbo causa queel fuelle o diafragma se expanda.

B.T.U. (British Thermal Unit): Cantidad de calor que se requiere paraelevar un grado Fahrenheit, la temperatura de una libra de agua.

Caída de presión: Diferencia de presión en dos extremos de un circuitoo parte de un circuito. Cualquier pérdida de presión en la línea debidaa la fricción del fluido, o a una restricción en la línea.

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Calor: Forma de energía que actúa sobre las sustancias para elevar sutemperatura; energía asociada con el movimiento al azar de las moléculas.

Calor de compresión: Efecto de calefacción que se lleva a cabo cuandose comprime un gas. Energía mecánica de la presión, convertida a energíacalorífica.

Calor de fusión: Calor requerido por una sustancia para cambiar delestado sólido al estado líquido, a una temperatura constante.

Calor de respiración: Proceso mediante el cual, el oxígeno y loscarbohidratos son asimilados por una sustancia; también cuando elbióxido de carbono y agua son cedidos por una sustancia.

Calor específico: Relación de la cantidad de calor requerida para aumentaro disminuir la temperatura de una sustancia en 1° C, comparado con laque se requiere para aumentar o disminuir la temperatura de una masaigual de agua en 1° C. Se expresa como una fracción decimal.

Calor latente: Cantidad de energía calorífica requerida para efectuar uncambio de estado (fusión, evaporación, solidificación) de una sustancia,sin cambio en la temperatura o presión.

Calor latente de condensación: Cantidad de calor liberada por un kg deuna sustancia para cambiar su estado de vapor a líquido.

Calor latente de evaporación: Cantidad de calor requerido por un kg desustancia, para cambiar su estado de líquido a vapor.

Calor sensible: Calor que causa un cambio de temperatura en unasustancia, sin que cambie de estado.

Calor solar: Calor creado por ondas visibles e invisibles del sol.

Calor total: Suma del calor sensible y del calor latente.

Caloría: Unidad para medir el calor en el sistema métrico. Equivale a lacantidad de calor que se requiere, para elevar la temperatura de ungramo de agua en un grado centígrado. 1000 calorías = 1 kcal.

Calorímetro: Dispositivo utilizado para medir cantidades de calor o paradeterminar calores específicos.

Calor, intensidad del: Concentración de calor en una sustancia, indicadapor la temperatura de la misma, mediante el uso de un termómetro.

Cámara de refrigeración: Espacio refrigerado comercial, que se mantienea temperaturas por debajo de la ambiental.

Cambio de estado: Condición en la cual una sustancia cambia de sólidoa líquido o de líquido a gas, debido a la aplicación de calor. O a la inversa,cuando una sustancia cambia de gas a líquido o de líquido a sólido,debido a la remoción de calor.

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Cambio físico: Es aquél que ocurre externamente. No existe un cambiointerno en la estructura de la materia, ya que no existe una reordenaciónde átomos; no se forman sustancias nuevas. Es un cambio de estado, portanto es reversible.

Campo magnético: Espacio en el que existen líneas o fuerzas magnéticas.

Capacidad: Sistema de clasificación en refrigeración. Medido generalmenteen kcal/h o en watios/h, (o en btu/h).

Capacitancia (C): Propiedad de un no-conductor (condensador ocapacitor) que permite almacenar energía eléctrica en un campoelectrostático.

Carga de refrigerante: Cantidad de refrigerante colocada en un sistemade refrigeración.

Carga térmica: Cantidad de calor medida en watios, kcal o btu, la cuales removida durante un período de 24 horas.

Carta psicrométrica: Carta (gráfica) que muestra las relaciones entre laspropiedades del aire, tales como presión, temperatura, contenido dehumedad, volumen específico, etc.

Centígrada, escala: Escala de temperatura usada en el sistema métrico.El punto de congelación del agua es de 0º C, el punto de ebullición esde 100° C.

Cero absoluto (temperatura): Temperatura a la cual cesa todo movimientomolecular. (-273º C y -460º F).

Charles, Ley de: El volumen de una masa dada de gas, a presión constante,varía de acuerdo a su temperatura.

Ciclo: Serie de eventos u operaciones, las cuales tienen una tendenciaa repetirse en el mismo orden.

Ciclo de paro: Segmento del ciclo de refrigeración cuando el sistema noestá operando.

Ciclo intermitente: Ciclo que se repite a intervalos variables de tiempo.

Cilindro: 1.- Dispositivo que convierte fuerza de un fluido en fuerza ymovimiento mecánico lineal. Éste consiste, usualmente, de elementosmóviles tales como un pistón, biela y émbolo, operando dentro de uncilindro. 2.- Contenedor cerrado para fluidos.

Coeficiente de expansión: Incremento en longitud, área o volumen dela unidad, por un grado de aumento en la temperatura.

Compresión: Término utilizado para denotar el proceso de incrementarla presión, sobre un volumen dado de gas, usando energía mecánica. Alhacer esto, se reduce el volumen y se incrementa la presión del gas.

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Compresor: Máquina en sistemas de refrigeración, hecha para succionarvapor del lado de baja presión en el ciclo de refrigeración, y comprimirloy descargarlo hacia el lado de alta presión del ciclo.

Condensación: Proceso de cambiar de estado un vapor o un gas a líquido,al enfriarse por debajo de su temperatura de saturación o punto de rocío.

Condensado: Líquido que se forma cuando se condensa un vapor.

Condensador: Componente del mecanismo de refrigeración, que recibedel compresor vapor caliente a alta presión, enfriándolo y regresándololuego a su estado líquido. El enfriamiento puede ser con aire o con agua.

Condensar: Acción de cambiar un gas o vapor a líquido.

Condiciones normales: Condiciones que se usan como base para loscálculos en acondicionamiento de aire: temperatura de 20° C, presiónde 101.325 kPa y humedad relativa de 30 %.

Conducción: Flujo de calor entre sustancias, por medio de vibración delas moléculas.

Conductividad: Habilidad de una sustancia para conducir o transmitircalor y/o electricidad.

Conductividad, Coeficiente de: Medición de la proporción relativa, a lacual, diferentes materiales conducen el calor. El cobre es un buenconductor del calor, por lo tanto, tiene un coeficiente de conductividadalto.

Conductor: Sustancia o cuerpo capaz de transmitir electricidad o calor.

Congelación: Cambio de estado de líquido a sólido.

Control: Dispositivo manual o automático, utilizado para detener, arrancary/o regular el flujo de gas, líquido y/o electricidad.

Convección: Transferencia de calor por medio del movimiento o flujode un fluido.

Convección forzada: Transferencia de calor que resulta del movimientoforzado de un líquido o un gas, por medio de una bomba o un ventilador.

Convección natural: Circulación de un gas o un líquido, debido a ladiferencia en densidad resultante de la diferencia de temperaturas.

Conversión, Factores de: La fuerza y la potencia pueden ser expresadasen más de una manera. Un hp es equivalente a 746 watios, 33,000 pie-lb de trabajo ó 2,546 btu/h. Estos valores pueden utilizarse para cambiarde unas unidades a otras.

Criogenia: Refrigeración que trata con la producción de temperaturasde -155º C y más bajas.

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Densidad: Estrechez de la textura o consistencia de partículas, dentrode una sustancia. Se expresa como peso por unidad de volumen.

Desaereación: Acto de separar el aire de las sustancias.

Desecante: Sustancia utilizada para colectar y retener humedad, en unsistema de refrigeración. Los desecantes comunes son la sílica gel, laalúmina activada y el tamiz molecular.

Deshidratador: Sustancia o dispositivo que se utiliza, para remover lahumedad, en un sistema de refrigeración.

Deshielo: Proceso de remover la acumulación de hielo o escarcha de losevaporadores.

Deshielo automático: Sistema de remover hielo o escarcha de losevaporadores, de manera automática.

Deshielo con aire: Proceso de remover el hielo o la escarcha acumuladaen el serpentín del evaporador, utilizando los abanicos del mismoevaporador, deteniendo previamente el paso de refrigerante líquido. Elaire circulado, debe tener una temperatura por encima de la decongelación.

Deshielo con agua: Uso de agua para derretir el hielo y la escarcha delos evaporadores, durante el ciclo de paro.

Deshielo por gas caliente: Sistema de deshielo en el cual el gas refrigerantecaliente del lado de alta es dirigido a través del evaporador por cortosperíodos de tiempo, y a intervalos predeterminados, para poder removerla escarcha del evaporador.

Deshielo, Ciclo de: Ciclo de refrigeración en el cual, la acumulación dehielo y escarcha es derretida en el evaporador.

Deshielo, Reloj de (Timer): Dispositivo conectado a un circuito eléctrico,el cual detiene la unidad el tiempo suficiente, para permitir que se derritala acumulación de hielo y escarcha sobre el evaporador.

Deshumidificador: Dispositivo usado para remover la humedad del aire.

Desplazamiento del compresor: Volumen en m3, representado por elárea de la cabeza del pistón o pistones, multiplicada por la longitud dela carrera. Este es el desplazamiento real, no el teórico.

Destilación, aparato de: Dispositivo de recuperación de fluidos, que seusa para recuperar refrigerantes. La recuperación se hace normalmenteevaporando, y luego re-condensando el refrigerante.

Desvío (By pass): Pasadizo en un lado o alrededor de un pasaje regular.

Desvío (By Pass) de gas caliente: Arreglo de tubería en la unidad derefrigeración, la cual conduce gas refrigerante caliente del condensadoral lado de baja presión.

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Diagrama de Molliere: Gráfica de las propiedades de un refrigerante,tales como: presión, temperatura, calor, etc.

Diclorodifluorometano: Refrigerante comúnmente conocido como R-12.

Diferencial: La diferencia de temperatura o presión, entre las temperaturaso presiones de arranque y paro, de un control SA.

Difusor de aire: Rejilla o salida de distribución de aire, diseñada paradirigir el flujo de aire hacia los objetivos deseados.

Dinamómetro: Dispositivo para medir la salida o entrada de fuerza deun mecanismo.

Endotérmica, reacción: Reacción química en la cual se absorbe calor.

Energía: Habilidad real o potencial de efectuar trabajo.

Energía cinética: Energía asociada al movimiento.

Energía electromagnética: Energía que tiene características eléctricas ymagnéticas. La energía solar es electromagnética.

Energía, Conservación de la: Proceso de instituir cambios que resultaránen ahorros de energía, sobre la revisión de los cálculos para determinarlas cargas principales.

Enfriador: Intercambiador de calor que remueve calor de las sustancias.

Enfriador de aire: Mecanismo diseñado para bajar la temperatura delaire que pasa a través de él.

Entalpía: La cantidad de calor en un kilogramo de sustancia, calculadade una base de temperatura aceptada. La temperatura de 0º C, es unabase aceptada para los cálculos del vapor de agua. Para cálculos derefrigeración, la base aceptada es de -40º C.

Entropía: Medida de la cantidad de energía que no puede convertirseen trabajo.

Equilibrio térmico: Cuando la transferencia de energía entre un sistemay otro o su entorno oscila entre un máximo y un mínimo. El valor de lavariación en la entropía de un sistema aislado en equilibrio térmicosiempre será positivo.

Escala centígrada: Escala de temperaturas usada en el sistema métrico.El punto de congelación de agua, a la presión atmosférica normal, es de0º C, y el punto de ebullición es de 100º C.

Escala Fahrenheit: En un termómetro Fahrenheit, bajo la presiónatmosférica normal, el punto de ebullición del agua es de 212º F, y elpunto de congelación es de 32º F arriba de cero.

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Escala Kelvin (K): Escala de temperatura, en la cual, la unidad de mediciónes igual al grado centígrado, y de acuerdo a la cual, el cero absoluto es0º K, equivalentes a -273.16º C. En esta escala el agua se congela a 273.16ºK y bulle a 373.16º K.

Escala Rankine (R): Nombre dado a la escala de temperaturas absolutas,cuyas unidades son similares a los grados Fahrenheit. El cero (0º R) enesta escala equivale a -460º F.

Estado gaseoso: Estado de la materia que no posee volumen ni formafija.

Estado líquido: Estado de la materia que posee volumen fijo, pero noforma fija.

Estado sólido: Estado de la materia que posee volumen y forma fijos.

Estratificación del aire: Condición en la que hay poco, o ningúnmovimiento de aire, en un cuarto. El aire permanece en capas detemperaturas.

Eutéctico: Cierta mezcla de dos sustancias, que proporciona la temperaturade fusión más baja de todas las mezclas, de esas dos sustancias.

Eutéctico, Punto: Temperatura de congelación para soluciones eutécticas.

Evacuación: Renovación de aire (gas) y humedad, de un sistema derefrigeración o aire acondicionado, mediante una bomba de vacío.

Evaporación: Término aplicado al cambio de estado de líquido a vapor.En este proceso se absorbe calor.

Evaporador: Componente del mecanismo de un sistema de refrigeración,en el cual, el refrigerante se evapora y absorbe calor.

Exotérmica, reacción: Reacción química en la que se libera calor.

Expansión: Aumento del volumen de un cuerpo por efecto del incrementode la temperatura o la disminución de presión.

Factor de potencia: Coeficiente de corrección para los valores de lacorriente o voltaje cambiante de la fuerza de CA.

Fase: Distinta función operacional durante un ciclo.

Fluido: Sustancia que puede estar en estado líquido o gaseoso. Sustanciaque contiene partículas, las cuales mueven y cambian de posición sinseparación de la masa.

Fluido criogénico: Sustancia que existe como líquido o como gas, atemperaturas ultra bajas (-157º C o menores).

Frío: La ausencia de calor. Temperatura considerablemente abajo de lanormal.

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Fuerza: La fuerza es una presión acumulada, se expresa en Newtons (N)en el Sistema Internacional, o en libras (Lb), en el Sistema Inglés.

Fundente: Sustancia aplicada a las superficies que van a ser unidas porsoldadura, para evitar que se formen óxidos y para producir la unión.

Fusión: Paso de sólido a líquido al aumentar la temperatura.

Gas: Fase o estado de vapor de una sustancia. Un gas es un vaporsobrecalentado, muy lejos de su temperatura de saturación.

Gas inerte: Gas que no cambia de estado ni químicamente, cuando estádentro de un sistema, aunque se exponga a otros gases.

Gas instantáneo (Flash Gas): Evaporación instantánea de refrigerantelíquido en el evaporador, lo que enfría el refrigerante líquido remanente,a la temperatura de evaporación deseada.

Gas licuado: Gas por debajo de cierta temperatura y por encima de ciertapresión, que se vuelve líquido.

Gas no condensable: Gas que no se convierte en líquido a las temperaturasy presiones de operación.

Halógenos: Grupo de elementos a los que pertenecen el yodo, el bromo,el cloro y el flúor.

Hertz (Hz): Unidad para medir la frecuencia. Término correcto parareferirse a los ciclos por segundo.

Hg (Mercurio): Elemento metálico pesado color plata. Es el único metallíquido a temperaturas ambiente ordinarias.

Hidráulica: Rama de la física que tiene que ver con las propiedadesmecánicas del agua y otros líquidos en movimiento. El flujo del refrigerantelíquido. También contiene un elemento sensible a la humedad, cuyocolor indica el contenido de humedad.

Infiltración: Paso del aire exterior hacia el edificio, a través de ventanas,puertas, grietas, etc.

Instrumento: Dispositivo que tiene habilidades para registrar, indicar,medir y/o controlar.

Intensidad del calor: Concentración de calor en una sustancia, como seindica por la temperatura de esa sustancia, mediante el uso de untermómetro.

Intercambiador de calor: Dispositivo utilizado para transferir calor deuna superficie caliente a una superficie menos caliente (los evaporadoresy condensadores son intercambiadores de calor).

Interenfriamiento: Enfriamiento de vapor y líquido en un sistema derefrigeración de doble etapa. El vapor de la descarga de la primera etapa

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es enfriado hasta casi su temperatura de saturación, antes de entrar a lasiguiente etapa de compresión. También, el líquido del recibidor de lasegunda etapa puede ser enfriado a la temperatura de succión intermedia.

Hidrocarburos: Compuestos orgánicos que contienen solamentehidrógeno y carbono, en varias combinaciones.

Hidrómetro: Instrumento flotante utilizado para medir la gravedadespecífica de un líquido.

Hielo seco: Sustancia refrigerante hecha de dióxido de carbono sólido,el cual cambia de sólido a gas (se sublima). Su temperatura de sublimaciónes de -78º C.

Higrómetro: Instrumento utilizado para medir el grado de humedad enla atmósfera.

Higroscópico: Habilidad de una sustancia para absorber y soltar humedad,y cambiar sus dimensiones físicas, conforme cambia su contenido dehumedad.

HP (Horsepower): Unidad de potencia que equivale a 33,000 pie-lb detrabajo por minuto. Un HP eléctrico es igual a 745.7 watios.

Humedad: Vapor de agua presente en el aire atmosférico.

Humedad absoluta: Cantidad de humedad (vapor de agua) en el aire,indicada en g/m3 de aire seco.

Humedad relativa (hr): La cantidad de humedad en una muestra de aire,en comparación con la cantidad de humedad que el aire tendría, estandototalmente saturado y a la misma temperatura.

Humidificador: Dispositivo utilizado para agregar y controlar humedad.

Humidistato: Control eléctrico operado por cambios de humedad.

Isoterma: Nombre con el que se conoce a la línea o líneas que en unagráfica representan un cambio a temperatura constante.

Isotérmica (expansión o contracción): Acción que se lleva a cabo sin uncambio de temperatura.

Isotérmico: Cambio de volumen o presión bajo condiciones detemperatura constante.

Joule (J): Unidad de energía del Sistema Internacional (SI). Un Jouleequivale al trabajo realizado por la fuerza de un Newton, cuando el puntode aplicación se desplaza una distancia de un metro, en dirección de lafuerza.

Joule-Thomson, Efecto: Cambio en la temperatura de un gas, al expandirsea través de un tapón poroso, desde una presión alta a una presión másbaja.

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Kelvin: (Ver Escala Kelvin).

Kilo Volt Ampere (KVA): Unidad de flujo eléctrico igual al voltaje,multiplicado por el amperaje, y dividido entre mil. Unidad de fuerza quese usa cuando el circuito de fuerza, tiene un factor de potencia diferentea 1.0. (KW = KVA x cos 0). «Nota 1».

Kilocaloría: Unidad de energía y trabajo, equivalente a mil calorías. Vercaloría.

Kilopascal (kPa): Unidad de presión absoluta equivalente a mil Pascales.Ver Pascal.

Kilowatio (kW): Unidad de potencia equivalente a mil Watios. Ver Watio.

Ley de Dalton: "La presión de vapor creada en un recipiente, por una mezclade gases, es igual a la suma de las presiones de vapor individuales de los gases,contenidos en la mezcla".

Licor: En refrigeración, se llama así a la solución utilizada en los sistemasde refrigeración por absorción.

Limpiador de aire: Dispositivo utilizado para remover impurezasproducidas en el aire.

Línea de descarga: En un sistema de refrigeración, es la tubería queacarrea el gas refrigerante, desde el compresor hasta el condensador.

Línea de líquido: Tubería que acarrea refrigerante líquido, desde elcondensador o recibidor hasta el mecanismo de control de refrigerante.

Línea de succión: Tubería que acarrea refrigerante gaseoso, desde elevaporador hasta el compresor.

Línea de tierra: Alambre eléctrico que conduce electricidad de manerasegura, desde una estructura hacia el suelo.

Líquido: Sustancia cuyas moléculas se mueven libremente entre sí, peroque no tienden a separarse como las de un gas.

Líquidos inflamables: Líquidos que tienen un punto de encendido abajode 60º C (140º F), y una presión de vapor que no excede los 276 kPa (40psia) a 38º C (100º F).

Lubricación forzada: Sistema de lubricación que utiliza una bomba, paraforzar al aceite hacia las partes móviles.

Lubricación por salpicadura: Método de lubricar las partes móviles,agitando o salpicando el aceite dentro del cárter.

Manómetro: Instrumento para medir presiones de gases y vapores. Esun tubo de vidrio (o plástico) en forma de "U", con una cantidad delíquido (agua o mercurio) y los extremos abiertos.

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Manómetro compuesto: Instrumento para medir presiones por arriba yabajo de la presión atmosférica.

Manómetro de alta presión: Instrumento para medir presiones en elrango de 0 a 500 psig (101.3 a 3,600 kPa).

Manómetro de baja presión: Instrumento para medir presiones en elrango de 0 a 50 psia (0 a 350 kPa).

Manómetro de Bourdon: Instrumento para medir presión de gases yvapores, el cual se basa en el tubo de Bourdon. Son circulares y consistende carátula y aguja para indicar la presión.

Manómetro de compresión: Instrumento usado para medir presionespositivas (arriba de la presión atmosférica) solamente. La carátula deestos manó-metros, normalmente va de 0 a 300 psig (101.3 a 2,170 kPa).

Masa: Cantidad de materia mantenida junta, de tal manera que formaun cuerpo.

Masa molar: Masa (por lo general en gramos) de un mol de sustancia.

Materia: Todo aquello que tiene masa y volumen.

MBH: Miles de BTU (14 MBH = 14,000 BTU).

Medidor de flujo: Instrumento utilizado para medir la velocidad o elvolumen de un fluido en movimiento.

Megohmio: Unidad para medir la resistencia eléctrica. Un meghomio esigual a un millón de ohms.

Mercoid, bulbo: Interruptor de circuito eléctrico, que utiliza una pequeñacantidad de mercurio en un tubo de vidrio sellado, para hacer o rompercontacto eléctrico con las terminales dentro del tubo.

Micro: La millonésima parte de una unidad especificada.

Microfaradio (mfd): Unidad de la capacidad eléctrica de un capacitor.Un microfaradio es igual a la millonésima parte de un faradio.

Micrómetro: Instrumento de medición, utilizado para hacer medicionesprecisas hasta de 0.01 mm.

Micrón: Unidad de longitud en el sistema métrico, que equivale a lamilésima parte (1/1000) de un milímetro.

Microprocesador: Componente eléctrico compuesto de circuitosintegrados, los cuales pueden aceptar y almacenar información, y controlarun dispositivo de capacidad.

Mili: Prefijo utilizado para denotar una milésima parte (1/1,000); porejemplo, milivoltio significa la milésima parte de un voltio.

Mirilla: Tubo o ventana de vidrio en el sistema de refrigeración, que sirve

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para mostrar la cantidad de refrigerante o aceite, e indica la presenciade burbujas de gas en la línea de líquido.

Mol: Unidad utilizada en química, que corresponde a la cantidad de:átomos, iones, moléculas, electrones, protones u otras entidades específicascuyo valor es 6 *10 23 unidades.

Molécula: La parte más pequeña de un átomo o un compuesto, queretiene la identidad química de esa sustancia.

Monóxido de Carbono (CO): Gas incoloro, inodoro y venenoso. Seproduce cuando se quema carbón o combustibles carbonosos con muypoco aire.

Motor: Máquina rotatoria que transforma energía eléctrica en movimientomecánico.

Neopreno: Hule sintético, resistente al aceite y gas hidrocarburo.

Neutralizador: Sustancia utilizada para contrarrestar ácidos, en un sistemade refrigeración.

Neutrón: La parte del núcleo de un átomo, el cual no tiene potencialeléctrico; eléctricamente es neutro.

Newton: Unidad de fuerza del Sistema Internacional (SI), equivalentea la fuerza ejercida sobre un objeto que tiene una masa de un kilogramo,y una aceleración gravitacional de 1 m/seg2.

Nitrógeno líquido: Nitrógeno en forma líquida, utilizado como refrigerantede baja temperatura, en sistemas de refrigeración sacrificables o químicos.

Número de Reynolds: Relación numérica de las fuerzas dinámicas delflujo de masa, con el esfuerzo puro debido a la viscosidad.

Ohm (R): Unidad de medición de la resistencia eléctrica. Un ohm existe,cuando un voltio causa un flujo de un ampere.

Óhmetro: Instrumento para medir la resistencia eléctrica en ohms.

Ohm, Ley de: Relación matemática entre el voltaje, la corriente y laresistencia en un circuito eléctrico, descubierta por George Simon Ohm.Esta se establece como sigue: el voltaje (V), es igual a la corriente enamperes (I), multiplicada por la resistencia (R) en ohms; V = I x R.

Orgánico: Perteneciente a o derivado de organismos vivos.

Orificio: Abertura de tamaño exacto para controlar el flujo de fluidos.

Ozono: Una forma de oxígeno, O3, que tiene tres átomos en su molécula,generalmente es producido por descargas eléctricas a través del aire. Lacapa de ozono es la capa externa de la atmósfera de la tierra, que absorbela luz ultravioleta del sol, y protege a las capas más bajas y a la tierra delos dañinos rayos. En esta capa de ozono se han producido agujeroscausados por el cloro. Los clorofluorocarbonos (CFC's) contienen cloro,y cuando se liberan a la atmósfera, deterioran la capa de ozono.

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Pascal (Pa): Unidad de presión absoluta en el sistema internacional (SI);es igual a la fuerza de un Newton ejercida sobre una superficie de unm2; Pa = N/m2. Para algunos fines científicos o prácticos, el Pascal puederesultar una unidad muy pequeña, por lo que entonces se utiliza elkiloPascal (kPa) o el BAR. 1 kPa = 1,000 Pa y 1 BAR = 100 kPa.

Pascal, Ley de: Esta ley establece que la presión aplicada a un fluido, setransmite igualmente en todas direcciones. Para honrar a Pascal, elsistema internacional de unidades (SI), utiliza el término Pascal comounidad de presión.

pH: Medición de la concentración de iones de hidrógeno libres en unasolución acuosa. El rango del pH va de 1 (acidez) hasta 14 (alcalinidad).Un pH de 7 es neutro.

Piezoeléctrico: Propiedad del cristal de cuarzo que le causa vibracióncuando se le aplica un voltaje de alta frecuencia (500 kHz o más alto).Este concepto se utiliza para atomizar agua en un humidificador.

Pirómetro: Instrumento utilizado para medir altas temperaturas.

Presión: Energía impactada sobre una unidad de área. Fuerza o empujesobre una superficie.

Presión absoluta: Es la suma de la presión manométrica más la presiónatmosférica.

Presión atmosférica: Presión que ejerce el aire atmosférico sobre la tierra.Se mide en kPa, mm de Hg, kg/cm2, lb/pulg2, etc. Al nivel del mar, tieneun valor de 101.325 kPa (14.696 lb/pulg2).

Presión crítica: Condición comprimida del refrigerante, en la cual ellíquido y el gas tienen las mismas propiedades.

Presión de alta: Término empleado para referirse a la presión a la quese lleva a cabo la condensación, en un sistema de refrigeración.

Presión de baja: Presión del lado de baja del ciclo de refrigeración, a laque se lleva a cabo la evaporación.

Presión de condensación: Presión dentro de un condensador, a la queel vapor de refrigerante cede su calor latente de evaporación y se vuelvelíquido. Varía con la temperatura.

Presión de diseño: La más alta o más severa presión esperada, durantela operación. Algunas veces se usa como la presión de operación calculada,más una tolerancia por seguridad.

Presión de operación: Presión real a la cual trabaja el sistema, bajocondiciones normales. Puede ser positiva o negativa (vacío).

Presión de succión: En un sistema de refrigeración, se llama así a lapresión a la entrada del compresor.

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Presión de vapor: Presión ejercida por un vapor o un gas.

Presión estática: Presión de un fluido, expresada en términos de la alturade columna de un fluido, tal como el agua o el mercurio.

Presión piezométrica: En un sistema de refrigeración, se llama así a lapresión contra la que descarga el compresor. Comúnmente, es la presiónque existe en el lado del condensador y se mide en la descarga delcompresor.

Presiones parciales: Condición donde dos o más gases ocupan un espacio,cada uno ejerciendo parte de la presión total.

Primera Ley de la Termodinámica: La energía no se crea ni se destruye,sólo se transforma (ley de la conservación de la energía).

Proceso: Cambio de estado termodinámico de un sistema.

Proceso irreversible: Proceso que no puede revertirse desde su estadofinal hasta su estado inicial. Todos los procesos conocidos en nuestrouniverso son irreversibles. Todos los procesos están ligados a la entropía,de tal modo que si alguien afirmara que un proceso es reversible, élestaría sugiriendo que dicho proceso viola la segunda ley de latermodinámica.

Proceso reversible: Proceso cuya trayectoria entre los estados inicial yfinal se puede conocer (de trayectoria conocida) y revertirse hasta suestado inicial. No existen procesos reversibles en el universo real.

PSI: Iniciales de "pounds per square inch", se usan para expresar presionesen el sistema inglés.

PSIA: Iniciales de "pounds per square inch absolute", se usan paraexpresar presiones absolutas en el sistema inglés.

Psicrométrica, medición: Medición de las propiedades del aire: comotemperatura, presión, humedad, etc., utilizando una carta psicrométrica.

Psicrómetro: Instrumento para medir la humedad relativa del aire.

PSIG: Iniciales de "pounds per square inch gauge", se usan para expresarpresiones manométricas en el sistema inglés.

Punto de congelación: Temperatura a la cual se solidifica un líquido alremoverle calor. La temperatura (o punto) de congelación del agua esde 0º C (32º F), a la presión normal o atmosférica.

Punto de congelación, depresión del: Temperatura a la cual se formahielo, en una solución de agua con sal.

Punto de ebullición: Temperatura a la que un líquido hierve, bajo lapresión atmosférica de 101.3 kPa. El punto de ebullición del agua puraes de 100º C a nivel del mar.

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Punto de fusión: Temperatura a la cual se derrite o se funde una sustanciaa la presión atmosférica.

Punto de ignición: En los líquidos, es la temperatura a la cual arden, ycontinúan quemándose, por lo menos durante 5 segundos.

Punto de inflamación: En los líquidos, es la temperatura más baja, en lacual el vapor que existe sobre la superficie se inflama cuando se exponea una llama, pero que se apaga inmediatamente.

Punto triple: Condición de presión-temperatura, en la cual una sustanciaestá en equilibrio (balance) en los estados sólido, líquido y vapor.

Quemadura por congelación: Condición aplicada a los alimentos que nohan sido debidamente envueltos, y que se han vuelto duros, secos ydescoloridos.

Radiación: Transmisión de calor por rayos térmicos u ondaselectromagnéticas.

Rango: Ajuste de presión o temperatura de un control; cambio dentrode los límites.

Rankine: Ver escala Rankine.

Reacción endotérmica: Reacción que absorbe energía del medio ambiente.

Reacción exotérmica: Reacción que libera energía al medio ambiente.

Recocido: Proceso de tratar un metal térmicamente, para obtenerpropiedades deseadas de suavidad y ductilidad.

Refrigerante: Sustancia utilizada en los mecanismos de refrigeración.Absorbe calor en el evaporador, cambiando de estado de líquido a vapor,liberando su calor en un condensador, al regresar de nuevo del estadogaseoso al estado líquido.

Relación de compresión: Relación de volumen del espacio muerto conel volumen total del cilindro. En refrigeración, también se utiliza comola relación de la presión absoluta del lado de alta, entre la presión absolutadel lado de baja.

Rendimiento termodinámico: Medida de la capacidad de una máquinatérmica para transferir por medio de trabajo (W) parte de la energíaabsorbida (Qc) desde la fuente caliente, de acuerdo con las limitacionesresultantes de la Segunda Ley de la Termodinámica. La definiciónoperacional de Rendimiento Termodinámico es la siguiente

Como la Primera Ley de la Termodinámica establece que W=Qc-Qf,entonces, alternativamente se puede expresar

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donde Qf es la energía transferida por medio de calor hacia la fuentefría (descarga de calor residual). Como necesariamente se debe cumplirque Qf>0, entonces para toda máquina térmica h <1 (o sea, ningunamáquina térmica puede tener un rendimiento del 100%).

Rocío: Humedad atmosférica condensada, depositada en forma depequeñas gotas sobre las superficies frías.

Rocío, Punto de: Temperatura a la cual el vapor de agua del aire (a 100%de humedad relativa) comienza a condensarse y depositarse como líquido.

Saturación: Condición existente, cuando una sustancia contiene la mayorcantidad que pueda retener, de otra sustancia, a esa presión y temperatura.

Segunda Ley de la Termodinámica: El calor no fluye espontáneamentede un sistema frío a otro más caliente.

SI: Ver Sistema de Unidades SI.

Sistema: Cantidad de materia incluida entre límites reales o imaginarios.

Sistema abierto: Es un sistema que realiza transferencia de masa haciaadentro y hacia afuera del sistema.

Sistema aislado: Es aquél que no tiene ninguna interacción con suentorno. No existen sistemas aislados en el universo

Sistema cerrado: Es un sistema en el que no puede haber transferenciade masa a través de sus límites (sistema con masa constante). Sólo existencomo modelos hipotéticos.

Sistema de Unidades SI (Le Systéme Internacional d' Unitès): Sistemade mediciones creado para usarse internacionalmente. En prácticamentetodos los países europeos es obligatorio; algunos países, como EstadosUnidos, no lo han adoptado aún, por la consabida razón del tiempo ycosto que implica el cambio. En nuestro país, tampoco se ha impuestototalmente por la influencia del sistema métrico; aunque algunas unidadesson comunes a ambos sistemas.

Sistema Métrico Decimal: Sistema decimal de mediciones.

Sistema No-Aislado: Es aquél que tiene interacción con su entorno.

Sistema Unitario: Sistema de calefacción/refrigeración, ensamblado defábrica en un solo paquete; es comúnmente diseñado para acondicionarun espacio o cuarto.

Sobrecalentamiento: 1- Temperatura del vapor arriba de su temperaturade ebullición (saturación) a la misma presión. 2- La diferencia entre latemperatura a la salida del evaporador, y la temperatura más baja del

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refrigerante que se está evaporando en el evaporador.

Solidificación: Paso de líquido a sólido.

Solución: Líquido mezclado con otro líquido o sólido completamentedisuelto. Una solución acuosa de bromuro de litio (comúnmente usadaen sistemas de absorción), es agua con una cantidad de bromuro de litiodisuelta. Las soluciones "fuertes" o "débiles", son aquellas conconcentraciones altas o bajas, respectivamente, de otro líquido o sólido.

Subenfriamiento: Enfriamiento de refrigerante líquido, abajo de sutemperatura de condensación.

Sublimación: Condición donde una sustancia cambia de sólido a gas, sinvolverse líquido.

Sustancia: Cualquier forma de materia o material.

Sustancia pura: Aquélla que no puede descomponerse en otra más simplemediante cambios físicos. Posee propiedades características que permitenidentificarla como por ejemplo densidad, temperatura de ebullición,temperatura de fusión, etc.

Temperatura: 1- Intensidad de calor o frío, tal como se mide con untermómetro. 2- Medición de la velocidad del movimiento de las moléculas.

Temperatura: Temperatura medida desde el cero absoluto.

Temperatura ambiente: Temperatura de un fluido (generalmente elaire), que rodea un objeto por todos lados.

Temperatura crítica: Temperatura a la cual el vapor y el líquido tienenlas mismas propiedades.

Temperatura de bulbo húmedo: Medición del grado de humedad. Es latemperatura de evaporación de una muestra de aire.

Temperatura de bulbo seco: Temperatura del aire, medida con untermómetro ordinario.

Temperatura de condensación: Temperatura dentro de un condensador,en el que el vapor de refrigerante cede su calor latente de evaporacióny se vuelve líquido. Varía con la presión.

Temperatura de ebullición: Temperatura a la cual un líquido cambia agas.

Temperatura efectiva: Efecto global de la temperatura sobre un humano,humedad y movimiento del aire.

Termodinámica: Rama de las ciencias; trata con las relaciones entre elcalor y la acción mecánica.

Termómetro: Instrumento para medir temperaturas.

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Termostato: Dispositivo que detecta las condiciones de la temperaturaambiente, y a su vez, acciona para controlar un circuito.

Trabajo: Forma de transferencia de energía entre un sistema y su medioexterior, que se manifiesta por la actuación de fuerzas capaces de provocardistintos efectos, tales como desplazamientos, deformaciones y otros.

Transmisión: Pérdida o ganancia de calor desde un edificio, a través decomponentes exteriores como ventanas, paredes, pisos, etc.

Transmisión de calor: Movimiento de calor desde un cuerpo o sustanciaa otro. El calor puede transmitirse por radiación, conducción, conveccióno combinación de las tres anteriores.

Unión: Punto de conexión (como entre dos tubos).

Unión caliente: La parte de un circuito termoeléctrico que libera calor.

Vacío: Presión menor que la atmosférica.

Vapor: Estado o fase de una sustancia que está en su temperatura desaturación, o muy cercano a ella.

Vapor saturado: Vapor que se encuentra a las mismas condiciones detemperatura y presión que el líquido del cual se está evaporando. Esdecir, si este vapor se enfría, se condensa.

Vaporización: Cambio del estado líquido al gaseoso.

Ventilación: Flujo de aire forzado, por diseño, entre un área y otra.

Volumen específico: Volumen por unidad de masa de una sustancia(m3/kg).

Watio: Unidad de potencia, equivale a la potencia producida al realizarun trabajo de 1 Joule por segundo (1 Watio = 1 J/s).

Zona de confort: Área sobre una carta psicrométrica, que muestra lascondiciones de temperatura, humedad, y algunas veces, el movimientodel aire, en que la mayoría de la gente se siente confortable.

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CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN

1. ¿Para qué sirve la termodinámica?

2. Definición de energía.

3. ¿Qué es el calor y qué relación tiene con la energía?

4. Definición de frío. Comentar la relación que guarda con el calor.

5. Nombra las formas de transmisión de calor que existen e indica aque forma corresponden los siguientes ejemplos:

- Radiadores

- Paso del calor a través de las paredes de casa.

- Sol

- Calentamiento del mango de una cazuela que está al fuego

6. Definición de Temperatura.

7. Nombra tres escalas termométricas, cómo se denominan sus unidadesy cómo se denota.

8. Cual será la longitud final de una varilla de aluminio de 200 metrossi su temperatura inicial era de 5 ºC y se calienta hasta que alcanzalos 55ºC.

9. Realiza la conversión de las siguientes cantidades de calor de unasunidades a otras según se indica:

1200 kcal = cal

4500 kJ = kcal

3274 kcal = Btu

128 kJ = J

17 Kcal = kJ

10 kJ = Btu

78 J = kJ

21 Btu = kcal

114 cal = kcal

357 Btu = Kj

10. Determina el nombre de una sustancia sabiendo que son necesarios408.7 calorías para elevar en 7ºC la temperatura de 30kg de dichasustancia.

11. Definición de calor latente.

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12. Definición de calor sensible.

13. Nombra los estados en los que nos podemos encontrar la materia enla naturaleza, y la denominación de los procesos de cambio de faseque puede sufrir una sustancia.

14. ¿Que es el punto crítico de una sustancia?

15. Enumera las tres leyes que sirven de base para el estudio de los gasesy las variables que se tienen en cuenta en estas leyes.

16. ¿Qué es un gas ideal?

17. ¿Qué es el factor de compresibilidad y para qué es útil?

18. Da una definición de trabajo y di qué relación guarda este conceptocon la energía.

19. Enumera los tipos de transformaciones del calor que conozcas yexpón en qué consisten.

20. ¿Qué potencia tiene una máquina que es capaz de realizar un trabajode 800 J cada 2 minutos? ¿Cuánto tiempo tarda en realizar un trabajode 80 kJ una máquina de 7kW de potencia?

21. Indica el rendimiento teórico que obtendríamos de una máquinaque realiza un ciclo de trabajo en 2 minutos entre 15 y 10 ºC.

22. ¿Cuál es el método más utilizado para refrigerar un espacio? Nombralas partes que componen el proceso.

23. Nombra los diagramas que conozcas para el estudio de instalacionesfrigoríficas.

24. Enumera las acciones más importantes a realizar a la hora deacondicionar aire de climatización.

25. ¿Qué estudia la psicrometría?

26. Nombra características del aire seco.

27. ¿A qué hace referencia la expresión humedad en el ambiente?

28. Lista los parámetros a tener en cuenta en el tratamiento del aire paraclimatización o acondicionamiento de espacio.

29. ¿En qué método de medición de la humedad se enfría una superficiemetálica hasta que aparezcan condensaciones sobre ella?

30. ¿Qué aparato de medida está formado por un conjunto de dostermómetros, uno seco y otro húmedo?

31. A una muestra de aire se le midió la humedad relativa, utilizando unhigrómetro y ésta es de 60%. Si la temperatura de bulbo seco es de27º C, ¿cuál será el punto de rocío?

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32. ¿Qué propiedades del aire podemos encontrar en una cartapsicrométrica?

33. Enumera los componentes del diagrama psicrométrico.

34. Di a qué operación de tratamiento de aire corresponde cada uno delas acciones siguientes:

- Un cambio en calor que provocará una bajada en la temperaturadel aire.

- Añadir vapor de agua en el aire para compensar una disminuciónde la humedad relativa debido al calentamiento del aire.

- Eliminación simultánea del calor y la humedad.

35. Supongamos que en un psicrómetro se toman lecturas de lastemperaturas de bulbo seco y bulbo húmedo, siendo éstas de 24ºCy de 17ºC, respectivamente. ¿Cuál será la humedad relativa,temperatura de rocío y humedad absoluta?

36. Encontrar la hr cuando la temperatura de bulbo seco es de 32 o C,y el contenido de humedad (presión del vapor de agua) es de 0,014kg/kg de aire seco.

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BIBLIOGRAFÍA

Alarcón Creus, José: Tratado Práctico de Refrigeración Automática, 12ª ediciónampliada y puesta al día con la inclusión de los nuevos refrigerantes HFCsin cloro, Barcelona: Edit. Marcombo, S.A., 1998.

Amigo, P.: Termotecnia. Aplicaciones Industriales, Editorial Mundi-Prensa,1999.

Balboa, Joan: Manual de Instalaciones Frigoríficas, 2ª Edición, Barcelona:Edit. Ediciones Ceysa, 2003.

Cano, G.: Manual para la Operación y Funcionamiento de Almacenes Frigoríficosde Productos Cárnicos, Editorial FAO, 1991.

López, A.: Las Instalaciones Frigoríficas en las Industrias Agroalimentarias,Madrid: Ediciones A. Madrid Vicente / Mundi-prensa libros, S.A., 1994.

Maestre Albert, Joaquín; Melgarejo Moreno, Pablo; y otros / ColegioOficial de Ingenieros Agrónomos de Murcia: Curso de Ingeniería del frío,Madrid: Ediciones A. Madrid Vicente, 1993.

Manual técnico Valycontrol, 1996, distribuido por Valycontrol S.A.

Ramírez, Carlos Mario; García, Mateo Miguel; García García, Ceferino:Termodinámica, Derechos reservados respecto a la primera edición enespañol por McGRAW-HILL INTERAMERICANA DE MÉXICO, S.A. deC.V.

Rapin, P.: Prontuario del Frío, Tercera Edición traducida y ampliada de latercera edición francesa, Edit. Editores Técnicos Asociados, 1994.

Rapin, P.; Jacquard, P. J.: Instalaciones frigoríficas. Tomo 1 Física Aplicada,Barcelona: Edit. Marcombo Boixareu Editores, 1997.

Sánchez y Pineda de las Infantas, Mª Teresa: Ingeniería del frío: Teoría yPráctica, Madrid: Edit. A. Madrid Vicente/ Mundi-prensa libros, S.A.,2001.

Segura Clavell, José: Termodinámica Técnica, Barcelona: Edit. Reverté S.A.,1993.


U.D. 2 APARATOS DE MEDIDA

M 1 / UD 2



151

ÍNDICE

Introducción.................................................................................. 153

Objetivos ........................................................................................ 155

1. Magnitudes fundamentales .................................................... 157

2. Tipologías y clases ................................................................... 164

3. Instrumentos de medición ..................................................... 166

3.1. Manómetro de glicerina y paraisobutano ................... 166

3.2. Analizadores con manómetro de alta y baja................ 167

3.3. Presostatos de alta y baja y diferenciales de aceite...... 168

3.4. Báscula de carga de refrigerante.................................. 169

3.5. Termómetros ................................................................. 169

3.6. Medidor de tenazas ....................................................... 170

3.7. Voltímetro...................................................................... 171

3.8. Resistencia, aislamiento eléctrico, polímetro.............. 171

3.9. Megamedidor ................................................................ 171

3.10. Anemómetro ................................................................. 175

3.11. Anemomaster ................................................................ 175

3.12. Medidor de ruido.......................................................... 175

3.13. Vibrómetro .................................................................... 176

3.14. Detector de fugas .......................................................... 176

3.15. Control de calidad de líquidos o de aire ..................... 176

3.16. Detector de acidez del circuito .................................... 176

4. Técnicas y procedimientos de medición ............................... 177

4.1. Clasificación de los errores.............................................. 179

4.2. Cifras significativas ........................................................... 182

4.3. Proceso de medida........................................................... 183

Resumen ........................................................................................ 185

Glosario.......................................................................................... 187


Bibliografía .................................................................................... 193



153

INTRODUCCIÓN

Para el correcto funcionamiento de la instalación es importante elconocimiento de su diseño, su función y control, tanto mecánico comoeléctrico, debiéndose estudiar detenidamente el trazado de las tuberíasy diseño en general de componentes y sistemas externos conectados.Con el fin de localizar y subsanar las averías y funcionamientos incorrectos,son necesarios ciertos conocimientos teóricos (que describiremos en lasunidades siguientes) así como los siguientes factores:

• Estructura, funcionamiento y características de todos los componentesde la instalación.

• Todos los procesos de refrigeración.

• Las influencias ambientales en el funcionamiento de la instalación.

• El funcionamiento y ajuste de los controles y de los dispositivos deseguridad.

• Legislación vigente referente a aspectos de seguridad y suscorrespondientes inspecciones en sistemas frigoríficos.

• Instrumentos y técnicas de medida necesarios.

En las labores de mantenimiento, siempre que se tenga cierta experiencia,hay algunos tipos de averías que pueden ser detectadas por medio delos sentidos (ventilador gira en sentido contrario, suciedad, aletasdeformadas…) en cambio existen errores en el funcionamiento delsistema cuyas causas sólo pueden ser detectadas mediante los aparatosde medida, de ahí la importancia de saber cómo y cuándo deben utilizarse,del mismo modo que es necesario conocer sus características (precisión,capacidad de resolución, reproducibilidad, estabilidad a largo plazo yestabilidad con la temperatura).

155

OBJETIVOS

Con el fin de que el alumno pueda verificar el correcto funcionamientode una instalación frigorífica en la puesta en marcha, detectar, localizare interpretar las causas de las averías a partir de las lecturas obtenidas;actuando bajo normas de seguridad personales se estudian en la unidadlos aparatos, desarrollando los siguientes conceptos:

• Las magnitudes de medida fundamentales y derivadas, los distintossistemas de medida, y la transformación de unidades de un sistemaa otro.

• Los parámetros que condicionan las lecturas obtenidas tales comola precisión, capacidad de resolución, reproducibilidad y estabilidad.

• Los instrumentos de medida más usados en las instalaciones frigoríficas.Se explicará el funcionamiento de éstos y en qué condiciones procedeemplearlos.

• Se identifican los puntos de medición.

• Se seleccionan los instrumentos de medida apropiados en cada caso.

• Se interpretan los resultados obtenidos, las mediciones, identificandolas posibles causas de las averías, de forma que puedan ser subsanadas.



157

1. MAGNITUDES FUNDAMENTALES

En la ciencia, tanto las leyes como las definiciones se relacionan entresí mediante un grupo reducido de magnitudes, de tal forma que cualquierotra magnitud (magnitud derivada) puede obtenerse en función de lasmagnitudes fundamentales.

A continuación se definen los conceptos básicos para la comprensión dela unidad:

Magnitud es todo aquello que se puede medir, que se puede representarpor un número y que puede ser estudiado en las ciencias experimentales.

Magnitudes escalares: quedan definidas mediante la cantidad y la unidadcorrespondiente.

Magnitudes vectoriales: quedan definidas mediante la cantidad, unidadcorrespondiente, dirección y sentido.

Unidad: se define como la cantidad de referencia; deben ser reproducibles(por patrones de medida) e inalterables (constantes respecto al valor dereferencia).

Patrón de medida: sistema físico que encarna la cantidad consideradacomo una unidad.

La medida es el resultado de medir; para medir se compara la cantidadde magnitud que queremos medir con la unidad de esa magnitud.

Sistema de unidades: conjunto reducido y completo de magnitudesfundamentales y unidades, en función del cual pueden obtenerse el restode magnitudes.

El Sistema Internacional de Unidades (SI)

El Sistema Internacional de Unidades evoluciona a partir del SistemaMétrico Decimal francés. El SI toma como magnitudes fundamentalesla longitud, la masa, el tiempo, la intensidad de corriente eléctrica, latemperatura absoluta, la intensidad luminosa y la cantidad de sustancia,fijando correspondientes unidades para cada una de ellas. A estas sietemagnitudes fundamentales hay que añadir dos suplementarias, asociadasa medidas angulares: el ángulo plano y el ángulo sólido. La definiciónde las diferentes unidades fundamentales ha evolucionado con el tiempoal mismo ritmo que las propias ciencias físicas.

Magnitudes fundamentales SI

• Unidad de Longitud: El metro (m) es la longitud recorrida por la luzen el vacío durante un período de tiempo de 1/299 792 458 s.



158

• Unidad de Masa: El kilogramo (kg) es la masa del prototipointernacional de platino iridiado que se conserva en la Oficina dePesas y Medidas de París.

• Unidad de Tiempo: El segundo (s) es la duración de 9 192 631 770períodos de la radiación correspondiente a la transición entre dosniveles fundamentales del átomo Cesio 133.

• Unidad de Corriente Eléctrica: El amperio (A) es la intensidad decorriente, que al mantenerse entre dos conductores paralelos,rectilíneos, de longitud infinita, sección transversal circular despreciabley separados en el vacío por una distancia de un metro, producirá unafuerza entre estos dos conductores igual a 2 x 10-7 N por cada metrode longitud.

• Unidad de Temperatura Termodinámica: El Kelvin (K) es la fracción1/273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua.

• Unidad de Intensidad Luminosa: La candela (cd) es la intensidadluminosa, en una dirección dada, de una fuente que emite radiaciónmonocromática de frecuencia 540 x 1012 hertz y que tiene unaintensidad energética en esta dirección de 1/683 W por estereorradián(sr).

• Unidad de Cantidad de Sustancia: El mol es la cantidad de materiacontenida en un sistema y que tiene tantas entidades elementalescomo átomos hay en 0,012 kilogramos de carbono 12. Cuando esutilizado el mol, deben ser especificadas las entidades elementales,y las mismas pueden ser átomos, moléculas, iones, electrones, otraspartículas o grupos de tales partículas.

Las unidades base del Sistema Internacional de Unidades son:

Unidades derivadas

Ciertas unidades derivadas han recibido unos nombres y símbolosespeciales. Estas unidades pueden, así mismo, ser utilizadas en combinacióncon otras unidades base o derivadas para expresar unidades de otras



MAGNITUDES FUNDAMENTALES NOMBRE SÍMBOLO

Longitud metro m

Masa kilogramo kg

Tiempo segundo scorriente eléctrica Amperio Atemperatura termodinámica Kelvin Kcantidad de sustancia mol molintensidad luminosa candela cd

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cantidades. Estos nombres y símbolos especiales son una forma deexpresar unidades de uso frecuente.

Coulomb (C): Cantidad de electricidad transportada en un segundo poruna corriente de un amperio.

Julio (J): Trabajo producido por una fuerza de un newton cuando supunto de aplicación se desplaza la distancia de un metro en la direcciónde la fuerza.

Newton (N): Es la fuerza que, aplicada a un cuerpo que tiene una masade 1 kilogramo, le comunica una aceleración de 1 metro por segundo,cada segundo.

Pascal (Pa): Unidad de presión. Es la presión uniforme que, actuandosobre una superficie plana de un metro cuadrado, ejerceperpendicularmente a esta superficie una fuerza total de un newton.

Volt (V): Unidad de tensión eléctrica, potencial eléctrico, fuerzaelectromotriz. Es la diferencia de potencial eléctrico que existe entredos puntos de un hilo conductor que transporta una corriente deintensidad constante de 1 ampere cuando la potencia disipada entreesos puntos es igual a un watio.

Watio (W): Potencia que da lugar a una producción de energía igual aun julio por segundo.

Ohm ( ): Unidad de resistencia eléctrica. Es la resistencia eléctrica queexiste entre dos puntos de un conductor cuando una diferencia depotencial constante de un voltio aplicada entre estos dos puntos produce,en dicho conductor, una corriente de intensidad un ampere, cuando nohaya fuerza electromotriz en el conductor.

Weber (Wb): Unidad de flujo magnético, flujo de inducción magnética.Es el flujo magnético que, al atravesar un circuito de una sola espira,produce en la misma una fuerza electromotriz de un voltio si se anuladicho flujo en 1 segundo por decrecimiento uniforme.



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Temperatura termodinámica en el apartado 1.6.7 se definen las escalastermométricas.



MAGNITUD DERIVADA NOMBRE SÍMBOLO

EXPRESADASEN TÉRMINOSDE OTRASUNIDADES DEL SI

EXPRESADAS ENTÉRMINOS DE LASUNIDADES BASEDEL SI

ángulo plano radián

ángulo sólido estereorradián

frecuencia hertz

fuerza newton

presión, esfuerzo pascal

energía, trabajo, calor joule

potencia, flujo de energía watt

carga eléctrica, cantidadde electricidad

coulomb

diferencia de potencialeléctrico, fuerzaelectromotriz

volt

capacitancia farad

resistencia eléctrica ohm

conductancia eléctrica siemens

flujo magnético weber

densidad de flujomagnético

tesla

inductancia henry

temperatura Celsius Celsius

flujo luminoso lumen

radiación luminosa lux

actividad (radiaciónionizante)

beequerel

dosis absorbida, energíaespecífica (transmitida)

gray

dosis equivalente sievert

161

Existen otros sistemas de unidades:

• Sistema Cegesimal de unidades o sistema CGS, es un basado en el ,el y el ndo.

• Sistema Técnico, que comprende una serie de unidades del antiguoS, que siguen en uso para determinados cálculos (Unidad de fuerza:kilogramo fuerza (kgf) o kilopondio (kp), Unidad de presión:(m.c.a.), Unidad de energía: (cal), Unidad de potencia: (CV)).

• Sistema Anglosajón, por el que se rigen los países anglosajones,empleando la milla, yarda, libra.

Tablas de conversión unidades:



FACTOR PREFIJO SÍMBOLO FACTOR PREFIJO SÍMBOLO

Prefijos SI

erg/s W Kpm/s cal/s Kcal/min CV

erg/s

WKpm/s

cal/sKcal/min

CVConversión unidades potencia

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El artículo único del REAL DECRETO 1317/1989, de 27 de octubre de1989 por el que se establecen las Unidades Legales de Medida, publicadoel 3 de noviembre, establece:

1. El Sistema legal de Unidades de Medida obligatorio en España es elSistema Métrico Decimal de siete unidades básicas, denominadoSistema Internacional de Unidades (SI), adoptado en la ConferenciaGeneral de Pesas y Medidas y vigente en la Comunidad EconómicaEuropea.



erg/gºC J/kgºC Kpm/kgºC Cal/gºC J/gºC Kcal/gºC

erg/gºC

J/kgºCKpm/kgºC

Cal/gºCJ/gºC

Kcal/gºCConversión unidades calor específico y calor latente

erg J k pm cal Atm.l kW.h CV.herg

J

kpmcalAtm.l

kW.h

CV.h

Conversión unidades trabajo, energía, calor

Baria Pascal Kp/m2 Atm Bar Kp/cm2 torr mcaBariaPascalKp/m2

AtmBarKp/cm2

torrmca

Conversión unidades presión

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En la tabla siguiente figuran las distintas normativas publicadas en elBoletín Oficial del Estado (BOE)

BOE nº 269 de 10 denoviembre de 1967

Ley 88/1967, de 8 de noviembre, declarando de uso legal en España el denominadoSistema Internacional de Unidades (SI).

BOE nº 110 se 8 demayo de 1974

Decreto 1257/1974 de 25 de abril, sobre modificaciones del Sistema Internacionalde Unidades, denominado SI, vigente en España por Ley 88/1967, de 8 denoviembre.

BOE nº 264 de 3 denoviembre de 1989

Real Decreto 1317/1989, de 27 de octubre, por el que se establecen las UnidadesLegales de Medida.

BOE nº 21 de 24 deenero de 1990

Corrección de errores del Real Decreto 1317/1989, de 27 de octubre, por el que seestablecen las Unidades Legales de Medida.

BOE nº 289 de 3 dediciembre de 1997

Real Decreto 1737/1997, de 20 de noviembre, por el que se modifica Real Decreto1317/1989, de 27 de octubre, por el que se establecen las Unidades Legales de Medida.

164

2. TIPOLOGÍA Y CLASES

La finalidad de las labores de mantenimiento consiste en conocer cuáles el estado de la instalación, y tomar las medidas correctoras que seannecesarias para conseguir el adecuado funcionamiento de ésta. La tomade datos de determinados puntos del sistema (tal y como se explicará enel punto 2.6. ‘’Interpretación de resultados’’) resulta muy útil, y enalgunos casos determinante, a la hora de detectar y resolver averías enlos sistemas. Los aparatos de medida, son herramientas utilizadasgeneralmente para cualificar y cuantificar los objetos, según las reglasprecisas que permiten clasificar esos objetos.

La clasificación de los aparatos de medida atendiendo a las distintasvariables a cuantificar:

• Dimensionales.

• Termodinámicos.

• Eléctricos.

• Tiempo y Frecuencia.

• Mecánica.

• Óptica.

• Eléctricos.

• Acústica y Vibraciones.

• Metrología química.

• Radiaciones ionizantes.

Los aparatos de medida pueden ser:

Analógico.

Dispositivo, circuito o sistema electrónico que procesa señales eléctricasque toman infinitos valores dentro de un intervalo, y que reciben elnombre de señales analógicas.

Digital.

Área de la electrónica que estudia los sistemas electrónicos que procesanseñales eléctricas que toman sólo dos valores asignados a los dígitos 0 y1, y reciben el nombre de señales digitales.

Los sistemas electrónicos digitales poseen las siguientes características:

• Mayor complejidad de los circuitos que los sistemas analógicos. Unsumador o un integrador digital es más complejo que uno analógico.

• Facilidad para memorizar las variables eléctricas.



165

• Programabilidad. Es posible modificar el proceso cambiando solamenteel contenido de una memoria, sin necesidad de cambiar los circuitoso su conexión.

• Gran densidad de integración, porque la precisión de los resultadosno depende de la tolerancia de los componentes.

• Necesidad de utilizar varias variables binarias para representar unainformación. El número de ellas depende de la precisión que sedesee.

Las tres características antes citadas de facilidad de memorización,programabilidad y gran densidad de integración han hecho de laelectrónica digital el motor del desarrollo de las tecnologías de lainformación.



166

3. INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

A continuación describiremos los principales instrumentos de mediciónutilizados en las instalaciones frigoríficas:

3.1. Manómetro, de glicerina y para isobutano

El manómetro es el aparato empleado para detectar la presión delcircuito. Existen dos tipos de manómetros, los de baja (también llamadosvacuómetros) que miden hasta 12 bar y los de alta que miden hasta 30bar. Se fabrican en varios diámetros y escalas, relacionando la presióncon la temperatura. Para evitar las pulsaciones producidas por la agujase construyen manómetros amortiguados con glicerina y regulables.Atendiendo al tipo de refrigerante empleado se debe utilizar el manómetrocorrespondiente.

Los manómetros para localización de averías y mantenimiento son engeneral de tipo Bourdon, la presión se mide como sobrepresión, el puntocero de la escala de presión es igual a la lectura del barómetro.

Existen manómetros especiales para el refrigerante isobutano (R-600 A)con escala desde -1 bar hasta 3 bar y con sistema regulable.

Los manómetros instalados permanentemente en el sector de alta presióndeberán tener una graduación superior a un 20 por 100 de la presiónmáxima de servicio, como mínimo estando ésta indicada claramente conuna fuerte señal roja.

En las instalaciones frigoríficas puede preverse conexiones para losmanómetros excepto en los siguientes casos que dispondrán de estosinstrumentos de forma permanente:

• Instalaciones con refrigerantes del grupo primero, cuando la cargade las mismas sobrepase los 50 kilogramos.

• Instalaciones con refrigerantes del grupo segundo, cuando la cargade las mismas sobrepase los 25 kilogramos.

• Instalaciones con refrigerantes del grupo tercero y anhídrido carbónico.

• Las bombas volumétricas para líquidos estarán provistas de unmanómetro en el sector de alta presión o de impulsión. Se preverála colocación de un dispositivo apropiado de amortiguamiento o deuna válvula de cierre automático para evitar la fuga de fluidospeligrosos.



167

• Los recipientes que hayan de someterse a pruebas de presión estaránprovistos de conexiones para la colocación de manómetros, que seránindependientes y estarán distanciadas de la conexión que se utilicepara las citadas pruebas, a menos que se hayan tomado otras medidasadecuadas para asegurarse de que la presión que soportan puedeconocerse con las indicaciones de un único manómetro.

• Las camisas de calefacción de los recipientes sometidos a presiónestarán provistas de un manómetro y de un termómetro.

• Los aparatos de control manual que se desescarchen utilizando caloro altas temperaturas, estarán provistos de manómetros.

3.2. Analizadores con manómetros de alta y baja

El analizador empleado en refrigeración se utiliza para crear el vacíodentro del sistema, realzar la carga de refrigerante (en estado líquido oen estado gaseoso) y obtener datos a cerca de las presiones de alta y baja.

Tal y como se aprecia en la figura en el analizador con manómetrospueden distinguirse las siguientes partes:

- Manómetro de presión baja.

- Manómetro de presión alta.

- Válvula manual para presión baja.

- Válvula manual para presión alta.

- Conexión de lado alto.

- Conexión del lado bajo.

- Compuerta auxiliar.

- Una conexión para: bomba de vacío, cilindro refrigerante…

- Un visor para controlar la carga de refrigerante.



Puente de manómetros

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En la definición de los analizadores con manómetros hemos descrito lasoperaciones que pueden realizarse con éstos, en los esquemas siguientespueden comprobarse las tres funciones (en el punto 2.5 ‘’Aplicacionesespecíficas’’ se desarrollarán la creación de vacío y carga de refrigerante).

Medición de la presión

Carga de refrigerante. Izquierda: en estado líquido. Derecha: en estado gaseoso

Bombeadores de vacío

3.3. Presostato de alta y baja y diferenciales de aceite

Los presostatos controlan la presión del sistema, realizan distintasfunciones de regulación de la marcha, (aparato de regulación) y comoaparato de protección; los presostatos diferenciales de aceite songeneralmente aparatos de protección.

En el apartado 5.4.2. ‘’Tipos de dispositivos de seguridad‘’ se desarrollael funcionamiento de los presostatos o conmutadores.

169



3.4. Báscula de carga de refrigerante

La báscula de refrigerante es un instrumento que permite controlar deforma exacta la cantidad de refrigerante que se carga o recupera en lainstalación. Suelen incorporar visores para poder nivelar correctamentela báscula.

Para utilizar la báscula digital se coloca la botella en la plataformadispuesta para tal fin y se pesa el cilindro de refrigerante. Las básculasde carga digitales permiten una carga de hasta 50 Kg con una precisiónde ±10gr. En el punto 2.5 ‘’Aplicaciones específicas’’ se desarrollará laforma de cargar una instalación de refrigerante.

3.5. Termómetros

El termómetro es el aparato empleado para medir la temperatura delcircuito. Existen distintos tipos de termómetros siendo el de uso másgeneralizado el electrónico de lectura digital obteniendo la lectura delos sensores, y los de esfera de aguja con bulbo y tubo capilar.

Algunos ejemplos de las distintas versiones de sensores de los termómetrosdigitales son de superficie de ambiente y de inducción. La precisión deltermómetro no deberá ser inferior a ± 0,1 ºC y la capacidad de resolucióndebe ser de 0,1 ºC.

Los termómetros de esfera de aguja con bulbo y tubo capilar estándisponibles con escala de -40 a 60 ºC y longitudes de capilar de 1 a 1,5 m.

En el punto 2.5 ‘’Aplicaciones específicas’’ se detallarán los puntos amedir en una instalación frigorífica.

Báscula refrigerante

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3.6. Medidor de tenazas

El medidor de tenazas se emplea para medir la intensidad de corrientealterna; se conecta seriado en dicha rama. En nuestro caso debemosrealizar medidas rápidas sin efectuar desconexiones, por lo que se utilizanpinzas amperimétricas. La pinzas amperimétricas aprovechan la presenciadel campo magnético que se establece alrededor del conductor dondecircula la corriente y la relación directamente proporcional que existeentre la intensidad del campo magnético y la intensidad de la corriente.

Son de dos tipos:

• Pinzas amperimétricas de tipo inductivo o tipo transformador, queaprovechan la tensión inducida por el campo magnético en un núcleode hierro, las cuales miden solamente corriente alterna.

• Pinzas de efecto Hall, que utilizan un semiconductor y un circuitode amplificación independiente que pueden medir corriente alternao continúa. En la actualidad, la tendencia es utilizar este principiode medición en los instrumentos portátiles.

Las pinzas amperimétricas pueden trabajar asociadas a un multímetro;en general, se debe buscar que tengan las siguientes características:Retención de lectura, medición de lecturas de verdadero valor eficaz,registro de máxima y mínima y promedios en diferentes periodos detiempo, velocidad de registro que permita obtener las corrientes dearranque de los compresores.

Termómetro digital

Medidor de tenazas

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3.7. Voltímetro

El voltímetro es un aparato utilizado para medir, directa o indirectamente,diferencias de potencial eléctrico. Esencialmente, un voltímetro estáconstituido por un galvanómetro sensible que se conecta en serie conuna resistencia adicional de valor elevado. Para que en el proceso demedida no se altere la diferencia de potencial, es conveniente que elaparato consuma la menor cantidad posible de corriente; esto se consigueen el voltímetro electrónico, que consta de un circuito electrónicoformado por un adaptador de impedancia.

3.8. Resistencia aislamiento eléctrico. Polímetro

El Polímetro es un instrumento de medida que se utiliza para cualquierexperiencia de teoría de circuitos. En un principio estos aparatos erananalógicos, y solamente permitían medir intensidades de corrientes yresistencias. Pero actualmente, los diseños de los polímetros digitalesademás permiten medir capacidades, frecuencias, etc., y son más precisos.

Los polímetros constan de un conmutador de encendido y apagado yotro que permite seleccionar si las lecturas serán de corriente continuao alterna. Con este mismo conmutador podremos seleccionar tanto eltipo de medida (resistencia, tensión, corriente,...) como el máximo valorde la señal que el polímetro es capaz de medir. Es aconsejable primerocalcular la medida teórica que se va a medir con el fin de no tener averíascon el polímetro. Por último, el polímetro consta de cuatro terminalesde entrada y dos zócalos que permiten conectarlo con los circuitos oelementos a medir.

3.9. Megamedidor

Megamedidor o multímetro: Es un instrumento de medición que recogeun amperímetro, voltímetro, ohmiómetro, medida de capacidad,termómetro; pudiendo ser analógico o digital.

El amperímetro, el voltímetro, y el ohmiómetro utilizan el galvanómetroD’Arsonval. La diferencia entre ellos es el circuito utilizado con elmovimiento básico. Es, por lo tanto, obvio que se puede diseñar uninstrumento para realizar las tres funciones de medición; este dispositivotiene un interruptor de función que selecciona el circuito apropiado algalvanómetro D’Arsonval y es llamado comúnmente multímetro omedidor-volt-ohm-miliampere (VOM).

Polímetro

172



Básicamente, todos los instrumentos que requieran de un medio deinterpretación de características físicas usan un galvanómetro. Lo diseñóel francés Arsen d’Arsonval en 1882 y lo llamó así en honor del científicoitaliano Galvini. En esencia, el medidor es un dispositivo que consta deun imán permanente y una bobina móvil. El galvanómetro D’Arsonvalde bobina móvil funciona basándose en el efecto electromagnético. Ensu forma más sencilla, el medidor de bobina móvil consta de una bobinade alambre muy fino devanado sobre marco de aluminio ligero. Un imánpermanente rodea a la bobina y el marco de aluminio está montadosobre pivotes que posibilitan que gire libremente, junto con la bobina,entre los polos del imán permanente. Cuando hay corriente en la bobina,ésta se magnetiza y su polaridad es tal que el campo del imán permanentela repele. Esto hace que el marco de la bobina gire sobre el pivote ycuánto lo haga depende de la cantidad de corriente que circule por labobina. Así, al calibrar la aguja sobre el marco de la bobina y referirlaa una escala calibrada en unidades de corriente, puede medirse lacantidad de corriente que circula a través del instrumento.

Uno de los instrumentos de propósitos más versátiles, capaz de medirvoltajes de corriente alterna y corriente continua, corriente y resistencia,es el multímetro electrónico de estado sólido o VOM. Aunque los detallesdel circuito varían de un instrumento a otro, un multímetro electrónicogeneralmente contiene los siguientes elementos:

• Amplificador de corriente continua de puente – equilibrado y medidorindicador.

• Atenuador de entrada o interruptor de RANGO, para limitar lamagnitud del voltaje de entrada al voltaje deseado.

• Sección de rectificación para convertir el voltaje de corriente alternade entrada en voltaje de corriente continua proporcional.

• Batería interna y un circuito adicional para proporcionar la capacidadpara medir resistencias.

Galvanómetro D’Arsonval de bobina móvil

173



• Interruptor de FUNCIÓN, para seleccionar las distintas funcionesde medición del instrumento.

Además el instrumento suele incluir una fuente de alimentación para suoperación con la línea de corriente alterna y, en la mayoría de los casos,una batería para operarlo como instrumento portátil de prueba.

Los multímetros analógicos son instrumentos de laboratorio y de campomuy útiles y versátiles, capaces de medir voltaje (en corriente continuay alterna), corriente, resistencia, ganancia de transistor, caída de voltajeen los diodos, capacitancia e impedancia. Se les llama por lo generalmultimeters (en inglés se les llama VOM, volt ohm miliammeters).

En últimas fechas se han ampliado y mejorado las posibilidades defuncionamiento de esos medidores, se ha aumentado en formaconsiderable sus posibilidades y su exactitud. Además, mediante el empleode amplificadores de entrada con transistores de efecto de campo (FET)para mediciones de voltaje corriente continua, sus impedancias rebasancon frecuencia a los 100 M . Por ultimo, la escala del óhmetro ya no seha de llevar a cero para compensar los cambios internos del voltaje debatería o los cambios de escala. Las mediciones de voltaje se puedenefectuar sobre el rango de 0.4 mV hasta 1000 V con exactitudes de 0.1por ciento. Las mediciones de corriente se pueden llevar a cabo desde0.1 A hasta 10 A con exactitudes de 0.2 por ciento. Se miden resistenciastan altas como 40 M con exactitud de 1 por ciento (se debe notar queal hacer mediciones de resistencias tan altas, nunca se debe tocar la puntade medición con los dedos debido a que la resistencia de la piel es desólo algunos miles de ohms, y esto puede originar errores serios en lamedición). Las mediciones de resistencia menores tienen una exactitudde 0.2 por ciento.

Los multímetros digitales han tomado el lugar de los multímetros conmovimientos de D'Arsonval por dos razones principales: mejor exactitudy eliminación de errores de lectura. Sin embargo con frecuencia se agregauna escala analógica en la escala digital para dar una indicación visualde entradas que varían con el tiempo. La posibilidad de observar laindicación del medidor en forma analógica es muy importante cuandose estén localizando fallas en sistemas de instrumentación, por ejemplo,la rapidez con que cambia una variable, al igual que su magnitud, puedendar indicaciones valiosas en muchas situaciones de localización deproblemas.

La mayoría de los multímetros digitales se fabrican tomando como baseya sea un convertidor A / D de doble rampa o de voltaje a frecuencia,con ajuste de rango. Para dar flexibilidad para medir voltajes en rangosdinámicos más amplios con la suficiente resolución, se emplea un divisorde voltaje para escalar el voltaje de entrada.

174



Para lograr la medición de voltajes de corriente alterna, se incluye unrectificador en el diseño del medidor. Como las exactitudes de losrectificadores no son tan altas como las de los circuitos de medición devoltaje de corriente continua, la exactitud general de los instrumentosde medición de corriente alterna es menor que cuando se miden voltajesde corriente continua (las exactitudes para voltajes de corriente alternavan desde + 1.012 hasta + 1 por ciento + 1 digito). Las corrientes se midenhaciendo que el voltímetro digital determine la caída de voltaje a travésde una resistencia de valor conocido y exacto.

Aunque el valor de una resistencia se puede especificar con muchaexactitud, hay cierto error adicional debido al cambio de resistenciacomo función del efecto de calentamiento de la corriente que pasa através de ella.

Además, se debe tener cuidado al emplear la función de medición decorriente. No se debe permitir que pase demasiada corriente a través dela resistencia. Las exactitudes típicas de las mediciones de corriente decorriente continua van desde + 0.03 hasta + 2 por ciento de la lectura +1 dígito, mientras que para corriente alterna son de + 0.05 a + 2 porciento + 1 dígito.

El voltímetro digital se convierte en óhmetro cuando se incluye en éluna fuente muy exacta de corriente. Esta fuente circula corriente a travésde la resistencia que se mide y el resto de los circuitos del vóltmetrodigital monitorea la caída de voltaje resultante a través del electo. Lafuente de corriente es exacta sólo para voltajes menores que el voltajede escala completa del vóltmetro digital. Si la resistencia que se mide esdemasiado grande, la corriente de prueba de la fuente de poderdisminuirá. Las exactitudes de los voltímetros digitales multiusos que seemplean apara medir la resistencia van desde + 0.002 por ciento de lalectura + 1 dígito hasta + 1 por ciento de la lectura + 1 dígito.

Muchos multímetros digitales son instrumentos portátiles de baterías.Algunos se diseñan con robustez para permitirles soportar los rigores delas mediciones de campo. Otros poseen características tales comooperación de sintonización automática de rango (lo cual significa queel medidor ajusta de manera automática sus circuitos de medición parael rango de voltaje, corriente o resistencia), compatibilidad con salidadecimal codificada binaria, y medición de conductancia y aun detemperatura.

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3.10. Anemómetro

Mide la velocidad del aire y del caudal volumétrico. Según el tipo deaplicación, los anemómetros son fabricados como anemómetros de hilocaliente, anemómetros de rueda alada o como anemómetros herméticosportátiles de tamaño de bolsillo. Todos ellos hacen posible medir lafuerza eólica y la velocidad de circulación del aire. Los resultados de lamedición de la velocidad del aire se pueden almacenar en parte en lamemoria cuando utilizamos anemómetros digitales.

El flujo es proporcional a la velocidad media; el anemómetro con tubode Pitot se utiliza para una medición precisa de la presión diferencial,pero también para la medición de la velocidad de circulación de aire ygases. De esta manera, se conecta el anemómetro con un tubo de Pitot– Prandtl, sobre todo para la determinación de velocidades muy altas decirculación. Ventajas del anemómetro con tubo de Pitot:

• Visualización directa en unidades de presión [Pa] o velocidad decirculación [m/s].

• Especialmente adecuado para una velocidad muy alta de circulacióndel aire.

• Calcula el valor medio.

• Indicador de barra de las ± oscilaciones.

3.11. Anemomaster

Con él pueden obtenerse mediciones de la temperatura (-50ºC, +150ºC),velocidad del aire (0-40m/s), y presión estática (0-500mmH2O).

3.12. Medidor de ruido

Los medidores de ruidos son analizadores de espectros; se dispone deuna gran gama de analizadores de espectros empleados para el cálculodel aislamiento, acondicionamiento de locales, ecualización de equiposmusicales, control de calidad, protección laboral, medida de coeficientesde absorción, análisis espectral de ruido industrial (turbinas, compresores).Estos equipos son una herramienta indispensable dentro del campo dela instrumentación para mediciones acústicas de precisión.

Anemómetro

Anemomaster

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3.13. Vibrómetro

Los vibrómetros se emplean para medir vibraciones y oscilaciones enmáquinas e instalaciones. La medición proporciona los siguientesparámetros: aceleración de la vibración, velocidad de vibración y variaciónde vibración. De este modo se caracterizan las vibraciones con precisión.Los vibrómetros son portátiles y sus resultados se pueden almacenarparcialmente.

3.14. Detector de fugas

Detector de fugas de tipo manual: está compuesto por un pequeñorecipiente de butano; en la parte superior del mismo tiene un mecheroque aspira aire, a través de un tubo, del lugar donde pueda existir unafuga. Si existe una fuga de refrigerante, la llama, que normalmente esde color azulado, se torna de color azul.

Detector de fugas mediante spray: se proyecta mediante el spray unlíquido se seguridad que sobre las fugas hace que aparezcan burbujas.

Detector de fugas por sistema de fluorescencia: las fugas son detectadaspor la lámpara de luz ultravioleta.

Detector de fugas electrónico: se trata de un instrumento que disponede una bomba de aspiración que al detectar una fuga emite un sonidocaracterístico.

3.15. Control de calidad de líquidos o de aire

Tal y como se explicará en el punto ‘’ Elementos auxiliares’’ la calidaddel líquido refrigerante se consigue mediante la instalación de filtrosdeshidratadores, separadores de aceite.

3.16. Detector de acidez del circuito

Para detectar la acidez en los circuitos se emplean botellas de líquido,el cual cambia de color cuando se mezcla con el aceite del cárter delcompresor.

Para eliminar la acidez del circuito se debe proceder a la limpieza detodo el circuito, o eliminarlo con líquidos neutralizadores.

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4. TÉCNICAS Y PROCEDIMIENTOS DE MEDICIÓN

Para establecer el valor de una variable tenemos que usar instrumentosde medición y un método de medición. Asimismo, es necesario definirunidades de medición ya descritas en el punto ‘’Magnitudesfundamentales’’.

Si deseamos medir el ancho de una mesa, el instrumento de mediciónserá una regla. Si hemos elegido el Sistema Internacional de Unidades(SI), la unidad será el metro y la regla a usar deberá estar calibrada enesa unidad (o submúltiplos). El método de medición consistirá endeterminar cuántas veces la regla y fracciones de ella entran en el anchobuscado.

En ciencias, el concepto de error tiene un significado diferente del usohabitual de este término. Coloquialmente, es usual el empleo del términoerror como sinónimo de equivocación. El error en ciencias está vinculadoal término de incerteza en la determinación del resultado de una medición.Con la medición pretendemos conocer las cotas (o límites probabilísticos)de estas incertezas.

Tal y como se aprecia en la figura siguiente:

Establecemos un intervalo donde, con cierta probabilidad, podamosdecir que se encuentra el mejor valor de la magnitud x. Este mejor valorx es el más representativo de nuestra medición y al semiancho x D lodenominamos la incerteza o error absoluto de la medición.

En todo proceso de medición existen limitaciones dadas por losinstrumentos usados, el método de medición, el observador (uobservadores) que realizan la medición. Asimismo, el mismo proceso demedición introduce errores o incertezas.

Cuando usamos un termómetro para medir una temperatura, parte delcalor del objeto fluye al termómetro (o viceversa), de modo que elresultado de la medición es un valor modificado del original debido ala inevitable interacción que debimos realizar. Es claro que esta interacciónpodrá o no ser significativa: Si estamos midiendo la temperatura de un

Intervalo asociado al resultado de una medición

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metro cúbico de agua, la cantidad de calor transferida al termómetropuede no ser significativa, pero sí lo será si el volumen en cuestión es deuna pequeña fracción del mililitro.

Tanto los instrumentos que usamos para medir como las magnitudesmismas son fuente de incertezas al momento de medir. Los instrumentostienen una precisión finita, por lo que, para un instrumento dado,siempre existe una variación mínima de la magnitud que puede detectar.Esta mínima cantidad se denomina la apreciación nominal delinstrumento. Por ejemplo, con una regla graduada en milímetros, nopodemos detectar variaciones menores que una fracción del milímetro.A su vez, las magnitudes a medir no están definidas con infinita precisión.

Imaginemos que queremos medir el ancho de una mesa. Es posible queal usar instrumentos cada vez más precisos empecemos a notar lasirregularidades típicas del corte de los bordes o, al ir aun más allá,finalmente detectemos la naturaleza atómica o molecular del materialque la constituye. Es claro que en ese punto la anchura dejará de estarbien definida. En la práctica, es posible que mucho antes de estos casoslímites, la falta de paralelismo en sus bordes haga que el concepto del“ancho de la mesa” comience a hacerse cada vez menos definido, y a estalimitación intrínseca la denominamos incerteza intrínseca o falta dedefinición del ancho en cuestión.

Otro ejemplo sería el caso en que se cuenta la cantidad de partículas alfaemitidas por una fuente radioactiva en 5 segundos. Sucesivas medicionesarrojarán diversos resultados (similares, pero en general distintos). Eneste caso, de nuevo, estamos frente a una manifestación de una incertezaintrínseca asociada a esta magnitud “número de partículas emitidas en5 s”, más que al error de los instrumentos o del observador.

Otra fuente de error que se origina en los instrumentos, además de laprecisión, es la exactitud de los mismos. Como vimos, la precisión de uninstrumento o un método de medición están asociados a la sensibilidado menor variación de la magnitud que se pueda detectar con dichoinstrumento o método. Así, decimos que un tornillo micrométrico (conuna apreciación nominal de 10 mm) es más preciso que una reglagraduada en milímetros; o que un cronómetro es más preciso que unreloj común, etc.

La exactitud de un instrumento o método de medición está asociada ala calidad de la calibración del mismo. Imaginemos que el cronómetroque usamos es capaz de determinar la centésima de segundo pero adelantados minutos por hora, mientras que un reloj de pulsera común no lohace. En este caso decimos que el cronómetro es todavía más precisoque el reloj común, pero menos exacto. La exactitud es una medida de

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la calidad de la calibración de nuestro instrumento respecto de patronesde medida aceptados internacionalmente. En general, los instrumentosvienen calibrados, pero dentro de ciertos límites. Es deseable que lacalibración de un instrumento sea tan buena como la apreciación delmismo. Decimos que conocemos el valor de una magnitud dada en lamedida en que conocemos sus errores. En ciencia consideramos que lamedición de una magnitud con un cierto error no significa que se hayacometido una equivocación o que se haya realizado una mala medición.Con la indicación del error de medición expresamos, en forma cuantitativay lo más precisamente posible, las limitaciones que nuestro proceso demedición introduce en la determinación de la magnitud medida.

4.1. Clasificación de los errores

Existen varias formas de clasificar y expresar los errores de medición.Según su origen, los errores pueden clasificarse del siguiente modo:

I. Errores introducidos por el instrumento:

• Error de apreciación, ap: si el instrumento está correctamentecalibrado la incertidumbre que tendremos al realizar una mediciónestará asociada a la mínima división de su escala o a la mínima divisiónque podemos resolver con algún método de medición. Nótese queno decimos que el error de apreciación es la mínima división delinstrumento, sino la mínima división que es discernible por elobservador. La mínima cantidad que puede medirse con uninstrumento dado la denominamos apreciación nominal. El error deapreciación puede ser mayor o menor que la apreciación nominal,dependiendo de la habilidad (o falta de ella) del observador. Así, esposible que un observador entrenado pueda apreciar con una reglacomún fracciones del milímetro mientras que otro observador, conla misma regla pero con dificultades de visión sólo pueda apreciar2 mm.

• Error de exactitud, exac: representa el error absoluto con el que elinstrumento en cuestión ha sido calibrado.

II. Error de interacción, int:

Esta incerteza proviene de la interacción del método de medicióncon el objeto a medir. Su determinación depende de la mediciónque se realiza y su valor se estima de un análisis cuidadoso del métodousado.

III. Falta de definición en el objeto sujeto a medición, def:

Como se dijo antes, las magnitudes a medir no están definidas con

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infinita precisión. Tenemos que designamos la incertidumbre asociadacon la falta de definición del objeto a medir y representa suincertidumbre intrínseca.

En general, en un dado experimento, todas estas fuentes de incertidumbresestarán presentes, de modo que resulta útil definir el error nominal deuna medición nom,: como

Este procedimiento de sumar los cuadrados de los errores es un resultadode la estadística, y proviene de suponer que todas las distintas fuentes deerror son independientes unas de otras.

Según el carácter, los errores pueden clasificarse en sistemáticos, estadísticose ilegítimos o espurios.

I. Errores sistemáticos: se originan por las imperfecciones de los métodosde medición. Por ejemplo, pensemos en un reloj que atrasa o adelanta,o en una regla dilatada, el error de paralaje, etc. Los erroresintroducidos por estos instrumentos o métodos imperfectos afectarána nuestros resultados siempre en un mismo sentido. El valor de exac

sería un ejemplo de error sistemático pero no son lo mismo, ni loserrores de exactitud son los únicos responsables de los erroressistemáticos.

II. Errores estadísticos: Son los que se producen al azar. En general, sondebidos a causas múltiples y fortuitas. Ocurren cuando, por ejemplo,nos equivocamos en contar el número de divisiones de una regla, osi estamos mal ubicados frente al fiel de una balanza. Estos errorespueden cometerse con igual probabilidad por defecto como porexceso. Por tanto, midiendo varias veces y promediando el resultado,es posible reducirlos considerablemente. Es a este tipo de errores alos que comúnmente hace referencia la teoría estadística de erroresde medición que formularemos sucintamente en lo que sigue. A estoserrores lo designaremos est.

III. Errores ilegítimos o espurios: Supongamos que deseamos calcular elvolumen de un objeto esférico y para ello determinamos su diámetro.Si al introducir el valor del diámetro en la fórmula, nos equivocamosen el número introducido, o lo hacemos usando unidades incorrectas,o bien usamos una expresión equivocada del volumen, claramentehabremos cometido un error. Esta vez este error está más asociadoal concepto convencional de equivocación. A este tipo de errores losdesignamos como ilegítimos o espurios. A este tipo de errores no seaplica la teoría estadística de errores y el modo de evitarlo consiste

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en una evaluación cuidadosa de los procedimientos realizados en lamedición.

Cuando se desea combinar los errores sistemáticos con los estadísticos,la prescripción usual es sumar los cuadrados de los errores absolutos yluego tomar la raíz cuadrada de este resultado, como lo indica la ecuaciónsiguiente. Si estamos midiendo una magnitud Z, el error final o combinadoo efectivo de Z, Z, vendrá dado por:

Los errores pueden asimismo expresarse de distintos modos, a saber:

I. Error absoluto: es el valor de la incertidumbre combinada. Tiene lasmismas dimensiones que la magnitud medida y es convenienteexpresarla con las mismas unidades de ésta. Si Z es la magnitud enestudio, Z es el mejor valor obtenido y DZ su incertidumbre absoluta.El resultado se expresa adecuadamente como:

El significado de esta notación es equivalente a decir que, segúnnuestra medición, con una cierta probabilidad razonable p0

(usualmente p0 = 0.68, 68%) el valor de Z está contenido en elintervalo

lo que es equivalente a:

que significa que la probabilidad que el mejor estimador de Z estécomprendido entre Z - Z y Z + Z es igual a p0. El valor de p0 seconoce con el nombre de coeficiente de confianza y los valores ( Z- Z , Z + Z) determinan un intervalo de confianza para Z.

II. Error relativo:, Z = Z/Z el cociente entre el error absoluto y elmejor valor de la magnitud.

III. Error relativo porcentual :, Z% = 100. Z , es la incertidumbre relativamultiplicada por 100.

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4.2. Cifras siginificativas

Cuando realizamos una medición con una regla graduada en milímetros,está claro que, si somos cuidadosos, podremos asegurar nuestro resultadohasta la cifra de los milímetros o, en el mejor de los casos, con unafracción del milímetro, pero no más. De este modo nuestro resultadopodría ser L = (95.2 ± 0.5) mm, o bien L = (95 ± 1) mm. En el primercaso decimos que nuestra medición tiene tres cifras significativas y en elsegundo caso sólo dos. El número de cifras significativas es igual alnúmero de dígitos contenidos en el resultado de la medición que estána la izquierda del primer dígito afectado por el error, incluyendo estedígito. El primer dígito, o sea el que está más a la izquierda, es el mássignificativo (9 en nuestro caso) y el último (más a la derecha) el menossignificativo, ya que es en el que tenemos “menos seguridad”. Nóteseque carece de sentido incluir en nuestro resultado de L más cifras queaquellas en donde tenemos incertidumbres (donde “cae” el error).

No es correcto expresar el resultado como L = (95.321 ±1) mm, ya quesi tenemos incertidumbre del orden de 1 mm, mal podemos asegurar elvalor de las décimas, centésimas y milésimas del milímetro. Si el valor deL proviene de un promedio y el error es del orden del milímetro, sedebe redondear el dígito donde primero cae el error.

Es usual expresar las incertidumbres con una sola cifra significativa, ysólo en casos excepcionales y cuando existe fundamento para ello, sepueden usar más. También es usual considerar que la incertidumbre enun resultado de medición afecta a la última cifra si es que no se la indicaexplícitamente. Por ejemplo, si sólo disponemos de la información queuna longitud es L = 95 mm, podemos suponer que la incertidumbre esdel orden del milímetro y, como dijimos antes, el resultado de L tienedos cifras significativas.

Una posible fuente de ambigüedad se presenta con el número de cifrassignificativas cuando se hace un cambio de unidades. Si en el últimoejemplo deseamos expresar L en mm, el resultado sería L = (95000±1000)

m. ¿Cuántas cifras significativas tenemos en este resultado? Claramentedos, igual que antes, ya que la última cifra significativa sigue siendo 5.Sin embargo, si no indicamos explícitamente la incertidumbre de L, esdifícil saber cuántas cifras significativas tenemos. Nótese que 95 mm ≠95000 m, ya que el primer resultado tiene sólo dos cifras significativasmientras el segundo tiene 5 (a propósito compare el coste de losinstrumentos para realizar estas dos clases de determinaciones). Paraevitar estas ambigüedades se emplea la notación científica. Podemosescribir la siguiente igualdad: 9.5 x101 mm =9.5 x 104 m. Notemos quelos números en ambos miembros de la igualdad tienen igual númerode cifras significativas, siendo la única diferencia las unidades usadas.

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4.3. Proceso de medida

En el proceso de medida, como ya sabemos, siempre se perturba lo quevamos a medir y, en consecuencia, obtenemos un valor real alterado. Acontinuación resumiremos los pasos a seguir para medir una magnitudfísica:

• Comprobar la calibración del aparato.

• Cumplir las normas de utilización del fabricante del aparato en cuantoa conservación y condiciones de uso.

• Conocer y valorar la sensibilidad del aparato para dar los resultadoscon la correspondiente precisión.

• Anotar cuidadosamente los valores obtenidos en tablas.

• Realizar la gráfica que corresponda o la de distribución de medidas.

• Hallar el valor representativo, su error absoluto y su error relativo.

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RESUMEN

Las magnitudes fundamentales del Sistema Internacional a partir de lascuales se obtienen el resto magnitudes derivadas son:

• Unidad de Longitud: El metro.

• Unidad de Masa: El kilogramo (kg).

• Unidad de Tiempo: El segundo (s).

• Unidad de Corriente Eléctrica: El amperio (A).

• Unidad de Temperatura Termodinámica: El Kelvin (K).

• Unidad de Intensidad Luminosa: La candela (cd).

• Unidad de Cantidad de Sustancia: El mol.

La clasificación de los aparatos de medida, atendiendo a las distintasvariables a cuantificar, se clasifican en:

• Dimensionales:

• Termodinámicos.

• Eléctricos.

• Tiempo y Frecuencia.

• Mecánica.

• Óptica.

• Eléctricos.

• Acústica y Vibraciones.

• Metrología química.

• Radiaciones ionizantes.

Los aparatos de medida más utilizados en las labores de mantenimientode las instalaciones de sistemas frigoríficos son:

• Manómetro, de glicerina y para isobutano.

• Analizadores con manómetros de alta y baja.

• Báscula de carga de refrigerante.

• Termómetros.

• Medidor de tenazas.

• Voltímetro.

• Detector de fugas.

• Control de calidad de líquidos o de aire.

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• Detector de acidez del circuito.

En los procesos de medición se debe tener en cuenta:

• La comprobación la calibración del aparato.

• Cumplir las normas de utilización del fabricante del aparato en cuantoa conservación y condiciones de uso.

• Conocer y valorar la sensibilidad del aparato para dar los resultadoscon la correspondiente precisión.

• Anotar cuidadosamente los valores obtenidos en tablas.

• Realizar la gráfica que corresponda o la de distribución de medidas.

• Hallar el valor representativo, su error absoluto y su error relativo.

Los puntos a medir durante el funcionamiento de prueba de lasinstalaciones frigoríficas son los siguientes:

• Corriente de funcionamiento y voltaje.

• Medición de la presión:

- Presión de descarga.

- Presión de aspiración.

• Temperatura

- Temperatura de aire de salida (o de agua) del condensador y delevaporador.

- Temperatura de aire de entrada (o de agua) del condensador ydel evaporador.

- Temperatura de gas de descarga.

- Temperatura de gas de aspiración.

- Temperatura de líquido antes de la válvula de expansión.

Mediante el análisis de las mediciones obtenidas podemos identificar lascausas de posibles averías y fallos de funcionamiento.

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GLOSARIO

Aire: Mezcla de gases que rodea a la tierra, compuesto mayoritariamentepor nitrógeno (N2) y oxígeno(O2).


Aislamiento (térmico): Material que es pobre conductor de calor; por loque se usa para retardar o disminuir el flujo de calor. Algunos materialesaislantes son corcho, fibra de vidrio, elásticos espumados (poliuretanoy poliestireno), etc.

Amperaje: Flujo de electrones (corriente) de un Coulomb por segundo,que pasa por un punto dado de un circuito.

Anemómetro: Instrumento utilizado para medir la proporción del flujoo movimiento (velocidad) del aire.


Barómetro: Instrumento para medir la presión atmosférica.

Bimetal: Dispositivo para regular o indicar temperatura. Funciona sobreel principio de que dos metales disímiles, con proporciones de expansióndiferentes, al soldarlos juntos, se doblan con los cambios de temperatura.


Bulbo sensor de temperatura: Bulbo que contiene un fluido volátil y undiafragma. El aumento de temperatura en el bulbo causa que el diafragmase expanda.

Calibrar: Posicionar indicadores por comparación con un estándar o porotros medios, para asegurar mediciones precisas.



Calorímetro: Dispositivo utilizado para medir cantidades de calor o paradeterminar calores específicos.

Calor, intensidad del: Concentración de calor en una sustancia, indicadapor la temperatura de la misma, mediante el uso de un termómetro.

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Centígrada, escala: Escala de temperatura usada en el sistema métrico.



Corriente: Transferencia de energía eléctrica en un conductor, por mediodel cambio de posición de los electrones.

Corriente alterna: Corriente eléctrica en la cual se invierte o se alternael sentido del flujo. En una corriente de 60 ciclos (Hertz), el sentido delflujo se invierte cada 1/120 de segundo.

Corriente continua: Flujo de electrones que se mueve continuamenteen un sentido en el circuito.

Coulomb: Cantidad de electricidad transferida por una corriente eléctricade un amperio en un segundo.



Intensidad del calor: Concentración de calor en una sustancia, como seindica por la temperatura de esa sustancia, mediante el uso de untermómetro.



Kilocaloría: Unidad de energía y trabajo, equivalente a mil calorías.



Ohm: Unidad de medición de la resistencia eléctrica. Un ohm existecuando un voltio causa un flujo de un ampere.

Óhmetro: Instrumento para medir la resistencia eléctrica en ohms.

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Ohm, Ley de: Relación matemática entre el voltaje, la corriente y laresistencia en un circuito eléctrico, descubierta por George Simon Ohm.Se establece como sigue: el voltaje (V) es igual a la corriente en amperes(I), multiplicada por la resistencia (R) en ohms; V = I x R.




Presión atmosférica: Presión que ejerce el aire atmosférico sobre la tierra.Se mide en kPa, mm de Hg, kg/cm2, lb/pulg2, etc. Al nivel del mar, tieneun valor de 101.325 kPa (14.696 lb/pulg2).

Psicrómetro: Instrumento para medir la humedad relativa del aire.

Resistencia: Oposición al flujo o movimiento. Coeficiente de fricción.

Resistencia eléctrica (R): La dificultad que tienen los electrones paramoverse a través de un conductor o sustancia.

Sensor: Material o dispositivo que sufre cambio en sus característicasfísicas o electrónicas, al cambiar las condiciones circundantes.

Sistema de unidades SI: Sistema de mediciones derivado del sistemamétrico decimal.

Sistema Métrico Decimal: Sistema decimal de mediciones.




Trifásico: Que opera por medio de la combinación de tres circuitos decorriente alterna, los cuales difieren en fase por un tercio de ciclo.

Tubo de Bourdon: Tubo de metal elástico, aplanado, de paredes delgadasy doblado en forma circular, el cual tiende a enderezarse al aumentarla presión dentro del mismo. Se utiliza en manómetros.

Tubo capilar: Tubo de diámetro interior pequeño, que se utiliza paracontrolar el flujo de refrigerante hacia el evaporador. Se utiliza,generalmente, en sistemas de refrigeración pequeños, tales como

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refrigeradores domésticos, unidades de aire acondicionado de ventana,etc.

Tubo de Pitot: Tubo utilizado para medir velocidades del aire.


Vacuómetro: Instrumento para medir vacío muy cercano al vacío perfecto.

Voltaje: 1- Término empleado para indicar el potencial eléctrico o femen un circuito eléctrico. 2- Presión eléctrica que causa que fluya unacorriente. 3- Fuerza electromotriz (fem).

Voltímetro: Instrumento para medir voltaje en un circuito eléctrico.


Watt (W)/ Watio: Unidad de potencia, equivale a la potencia producidaal realizar un trabajo de 1 Joule por segundo (1 Watt = 1 J/s).

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1. ¿Cuáles son las magnitudes fundamentales y unidades en el SistemaInternacional?

2. Citar los distintos sistemas de medida.

3. ¿Cómo pueden clasificarse los aparatos de medida atendiendo a lasvariables a cuantificar?

4. ¿Cuáles son las principales ventajas de los aparatos de medida digitalesfrente a los convencionales?

5. ¿Cuál es la función de los manómetros y qué tipos podemos encontrar?

6. ¿Qué tres funciones desempeñan los analizadores con manómetrosde alta y baja?

7. ¿Cuáles son los aparatos de medida eléctricos más utilizados en lasinstalaciones frigoríficas?

8. ¿Cómo se detecta la acidez dentro del circuito y cómo se debe procederpara eliminarla?

9. ¿Cómo podemos clasificar los errores de medida?

10. ¿Qué significado tiene la expresión cifras significativas?

11. ¿Cuáles son los pasos a seguir para medir una magnitud física?

12. ¿Cuáles son los puntos comunes a verificar en una instalaciónfrigorífica?

13. Citar las causas probables para una medición que da una temperaturade la línea de descarga demasiado baja.

14. El resultado de una medición indica que la presión de aspiración esexcesiva citar las posibles causas.

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BIBLIOGRAFÍA














U.D. 3 INTERPRETACIÓN DE PLANOS

M 1 / UD 3



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ÍNDICE

Introducción.................................................................................. 199

Objetivos ........................................................................................ 201

1. Tipología de planos ................................................................ 203

2. Simbología............................................................................... 204

2.1. Aparatos eléctricos ........................................................... 204

2.2. Aparatos principales......................................................... 206

2.3. Aparatos anexos ............................................................... 210

2.4. Aparatos de alimentación................................................ 213

2.5. Aparatos diversos.............................................................. 215

Resumen ........................................................................................ 217

Glosario.......................................................................................... 219


Bibliografía .................................................................................... 227



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INTRODUCCIÓN

Un plano es la representación, en formato papel o digital, de la instalacióny de sus componentes. La tipología de planos es prácticamente ilimitada.En instalaciones frigoríficas la tipología de planos habituales va desdelos planos de montaje de los componentes, equipos e instalación completahasta los planos de mantenimiento de cada una de esas unidades, pasandopor los esquemas de conexión y funcionamiento.

Un plano se compone del marco, el cajetín, la o las leyendas y larepresentación en sí. El marco separa los límites exteriores del elementode la representación, formando un borde alrededor de la misma. Esconveniente que muestre una ordenación de la representación a modode cuadrícula (numerando las casillas horizontales con letras- A, B ,C ,…- y las verticales con números -1 ,2 ,3,…-, por ejemplo) parapoder hacer referencia a los elementos representados en su interior sinque existan confusiones (por ejemplo, referirse a una válvula de lasmuchas existentes en la instalación como la válvula ubicada en H-3).

El cajetín es la zona del plano reservada para la identificación del mismo.En el cajetín debe aparecer:

• El nombre, el código del plano y la instalación al que pertenece.

• El autor.

• La fecha de creación o modificación.

• La escala gráfica.

En la leyenda se describe la simbología utilizada en la representación ypermite el entendimiento de la misma. Realiza la asociación de cadasímbolo con el elemento que representa. Es conveniente que la simbologíautilizada se corresponda con la simbología recomendada por lareglamentación pertinente.

201

OBJETIVOS

En la presente unidad didáctica se persigue:

• Conocer los distintos tipos de planos con los que se trabaja en lasinstalaciones frigoríficas.

• Distinguir entre los planos de piezas, componentes y de instalacionescompletas.

• Reconocer en los planos los elementos y partes de la instalación queprecisan labores de control y mantenimiento especiales.

• Familiarizarse con la simbología usada en las representaciones.



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1. TIPOLOGÍA DE PLANOS

En una instalación de refrigeración se trabaja con:

• Planos de componentes de máquinas y equipos.

• Planos de conjuntos de máquinas y equipos.

• Planos de mantenimiento.

Los planos de componentes de máquinas y equipos consisten en despiecesde los mismos.

En los planos de conjuntos de máquinas y equipos se grafía la totalidadde elementos que componen la instalación, conectados entre sí mediantelas tuberías, conductos o elementos de unión correspondientes. Loselementos componentes se representan mediante sus símbolosnormalizados; no se detalla, en este tipo de planos, el despiece de cadaequipo.

Los esquemas de funcionamiento de la instalación se incluyen dentrode los planos de conjunto.

Los planos de mantenimiento son representaciones de la instalación queayudan a realizar las labores de mantenimiento. Suelen acompañar a lashojas de mantenimiento (que se definirán en el tema correspondientea Mantenimiento y Reparación de equipos).

En este tipo de plano se detallan, dibujan o describen las tareas que deberealizar el técnico durante su estancia en la instalación. Según el tipo deinstalación, el plano puede presentar cuadrículas o espacios a rellenarpor el técnico, donde indique el resultado de las mediciones realizadas,la conformidad de los niveles revisados, las observaciones generales delestado de la instalación,…

En las figuras siguientes se muestran ejemplos de cada uno de los tiposde planos presentados.



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2. SIMBOLOGÍA

El Reglamento de Seguridad para Plantas e Instalaciones Frigoríficas(aprobado por el Real Decreto 3099/1977, de septiembre) y susinstrucciones técnicas complementarias MI IF (Orden de 24 de enerode 1978) desarrollan la normativa que rige este tipo de plantas.

En su instrucción complementaria MI IF 017 “Símbolos a utilizar enesquemas de elementos de equipos frigoríficos” se describe una completasimbología a conocer. En el presente apartado se presentan dichossímbolos.

2.1. Aparatos Eléctricos



DESIGNACIÓN

Corriente alterna

Aparatos que pueden usarsede modo independiente concorriente alterna o continua

Neutro

Corriente continua de 2conductores a 110V

Polaridad positiva

Devanado trifásico, conexióntriángulo

Devanado trifásico, conexiónestrella

DESIGNACIÓN

Corriente continua

Corriente ondulada orectificada (trifásica,frecuencia 50 Hz y 230V de tensión)

Corriente alterna trifásicacon neutro distribuido(frecuencia 50 Hz y 400V de tensión)

Corriente continua de 3conductores a 110V

Polaridad negativa

Devanado trifásico,conexión triángulo abierto

Devanado trifásico,conexión estrella conneutro accesible

SÍMBOLO SÍMBOLO

205



DESIGNACIÓN

Incorporación de uno o variosconductores en un haz

Impedancia

Condensador

Masa o toma de masa

Bornes de conexión

Motor de corriente continua

Motor de inducción trifásico conrotor cortocircuitado

Motor de inducción trifásico conrotor con anillos

Transformador con dosdevanados separados

DESIGNACIÓN

Cruce de dos conductoressin conexión eléctrica

Cruce de dos conductorescon conexión eléctrica

Resistencia

Resistencia no reactiva

Inductancia

Tierra o toma de tierra

Masa puesta a tierra

Motor

Motor de corrientealterna

Motor de induccióntrifásico con rotorcortocircuitado y 6 bornesde salida del estátor

Motor de induccióntrifásico con estátor enestrella y arranqueautomático en el rótor

Autotransformador

SÍMBOLO SÍMBOLO

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DESIGNACIÓN

Transformador con núcleo

Contacto cerrado en reposo

Contacto de conmutaciónbidireccional con posición neutral

Interruptor tripolar

Lámpara de señalización

Bocina

Sirena

Acoplamiento mecánico

Indicaciones del sentido demovimiento

Mando electromagnético

DESIGNACIÓN

Contacto abierto enreposo

Contacto de conmutaciónbidireccional sin solape

Interruptor unipolar

Fusibles

Indicador de contacto dealarma

Timbre

Regleta de terminales

Acoplamiento mecánicosi el espacio disponiblees limitado

Mando mecánico manual

Mando mediante leva

Mando mediante motoreléctrico

Arrancador automático

SÍMBOLO SÍMBOLO

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DESIGNACIÓN

Arrancador reostático

Órgano de mando (bobina)

Relé térmico trifásico

Contactor con relé térmico desobreintensidad

Voltímetro

Pulsador que interrumpe elcontacto al pulsar

DESIGNACIÓN

Arrancador reostáticorotórico automático paramotor asíncrono trifásicocon arrancador directo ycontadores para motorreversible

Órgano de mando de unrelé térmico

Contactor trifásico

Amperímetro

Pulsador que establec elcontacto al pulsar

SÍMBOLO SÍMBOLO

208



2.2 Aparatos principales

DESIGNACIÓN

Compresor

Compresor alternativo

Conjunto motor-compresor apistón (acoplamiento directo)

Conjunto motor –compresorrotativo (acoplamiento directo)

Conjunto motor-compresorrotativo (hermético, herméticodesmontable)

Condensador por aire conconvección forzada

Condensador por agua multipolarhorizontal o vertical

Evaporador de aire conconvección forzada

Condensador de lluvia

Torre de enfriamiento coneconomizador de agua

Evaporador de líquido de tipoinundado

DESIGNACIÓN

Compresor rotativo

Compresor centrífugo

Conjunto motor-compresor a pistón(acoplamiento porcorreas)

Conjunto motor-compresor a pistón(hermético, herméticoaccesible osemihermético)

Condensador por aire conconvección natural

Condensador por agua deinmersión

Evaporador de aire conconvección natural

Condensador por agua dedoble tubo

Condensador evaporativode evaporación forzada

Evaporador de líquido detipo inundado

Evaporador multipolar

SÍMBOLO SÍMBOLO

209



DESIGNACIÓN

Evaporador multipolar vertical

Evaporador multitubular deexpansión seca, tipo R22, R502

Evaporador tipo techo

Evaporador intermedio horizontal

Compresor alternativo hermético

Condensador de aguamultitubular con reserva delíquido

Batería refrigerante de agua fríao helada

Batería de calentamientoeléctrica

DESIGNACIÓN

Evaporador multitubularde expansión seca tipoNH3

Evaporador tipo placa

Evaporador intermediovertical

Compresor centrífugo

Motor-compresoralternativo hermético

Condensador de aire conconvección forzada conconductos distribuidores

Batería de calentamientocon agua caliente

SÍMBOLO SÍMBOLO

210



2.3 Aparatos anexos

DESIGNACIÓN

Separador de aceite

Recipiente de refrigerante líquidohorizontal

Separadores de líquido

Filtros

Visor de líquido

Válvula recta manual

Válvula de tres vías manual oválvula del compresor con tomade manómetro

Válvula de retención

Válvula de seguridad

Empalmes roscados macho

DESIGNACIÓN

Depósito decantador deaceite

Recipiente de refrigerantelíquido vertical

Separador de líquidohorizontal

Deshidratador

Intercambiador de calor

Válvula ángulo manual

Válvula manual

Tubería

Bridas

Empalmes roscadoshembra

SÍMBOLO SÍMBOLO

211



DESIGNACIÓN

Empalmes soldados

Accionamiento mecánico yeléctrico

Accionamiento por fluido auxiliar

Válvula principal poraccionamiento por piloto (indicartipo de dispositivo)

Accionamiento por contrapesos

Rotámetro (caudalímetro paralíquidos y gases)

Venturi

Filtro de aire

Tramo de pulverizadores

DESIGNACIÓN

Accionamiento a mano

Accionamiento por elmismo fluido

Unión por bridas

Accionamiento porflotador

Manómetro de líquido en“ U ”

Diafragma

Tubería aislada

Resistencias decalentamiento

Separadores de gotas

SÍMBOLO SÍMBOLO

212



DESIGNACIÓN

Recipiente de líquido con nivelreflector (fluidos halogenados)

Purgador de aire automático

Nivel de reflector

Moto-bomba de líquido(hermético accesible)

Compensador de dilatación decurva completa

Unión por rácores roscados

DESIGNACIÓN

Recipiente de líquido connivel reflector (Amoniaco)

Visor de líquido

Bomba centrífuga delíquido

Tubería accesible(amortiguador accesible)

Compensador dedilatación en forma de lira

SÍMBOLO SÍMBOLO

213



2.3 Aparatos de alimentación

DESIGNACIÓN

Válvula de expansión manual

Válvula de expansióntermostática

Tubo de expansión capilar

Válvula flotador alta presión

Regulador de nivel

Válvula presión constante

Regulador de capacidad

Válvula de estrangulamientotermostática

Válvula electromagnética o desolenoide

DESIGNACIÓN

Válvula de expansiónautomática

Válvula de expansióntermostática conigualador externo

Distribuidor líquido(indicar número desalidas)

Válvula flotador bajapresión

Válvula termostática deinyección

Válvula de arranque

Válvula de accióninstantánea

Válvula presostática deagua

Válvula termostática deagua

SÍMBOLO SÍMBOLO

214



DESIGNACIÓN

Presostato (indicar alta o bajapresión)

Presostato diferencial de aceiteo presostato de aceite

Termostato con bulboincorporado

Termostato de evaporación

DESIGNACIÓN

Presostato combinado dealta y baja presión

Termostato bilámina

Termostato con bulbo ycapilar

SÍMBOLO SÍMBOLO

215



2.5 Aparatos diversos

DESIGNACIÓN

Motor eléctrico

Bomba centrífuga

Ventilador helicoidal

Bomba centrífuga accionado porcorrea

Agitador de líquido

Tapa de tanque o depósito

Manómetros de:1) Baja presión2) Presión intermedia3) Alta presión

Termómetro a distancia

DESIGNACIÓN

Motor eléctrico, tipos dealimentación:1) Continua2) Monofásica3) Trifásica4) Polifásica

Ventilador centrífugo

Bomba centrífuga deacoplamiento directo

Rampa de agua

Tanque o depósito abierto

Aislante térmico

Termómetro

SÍMBOLO SÍMBOLO

217



RESUMEN

• Los planos son representaciones esquemáticas de la instalación y suscomponentes.

• Para la definición, montaje y mantenimiento de una instalaciónfrigorífica se dispone de diversos tipos de planos:

- Planos de componentes de máquinas y equipos.

- Planos de conjuntos de máquinas y equipos.

- Planos de mantenimiento.

• Cada componente de una instalación frigorífica posee un símboloasociado que hay que conocer para poder reconocerlo en los planos.

219



GLOSARIO

Bomba: Cualquiera de las diferentes máquinas que impulsan un gas oun líquido hacia fuera, o lo atraen de algo, por succión o por presión.

Caja de conexiones: Caja o contenedor que cubre un grupo de terminaleseléctricas.

Cajetín: Lugar de un plano reservado para la identificación del mismo,de la instalación y proyecto del que forma parte, de su autor, de la escalade representación, de la fecha de creación y modificaciones posteriores.


Compresor: Compresor en el que el cigüeñal se extiende a través delcárter, hacia afuera del compresor, movido por un motor externo.Comúnmente se le llama compresor de movimiento externo.

Compresor alternativo: Compresor que funciona con un mecanismo depistones y cilindros, para proporcionar una acción bombeante. Lospistones se mueven hacia adelante y hacia atrás dentro del cilindro, paracomprimir el refrigerante.

Compresor centrífugo: Máquina para comprimir grandes volúmenes devapor, a una velocidad relativamente alta, usando relaciones de compresiónpequeñas. La compresión está basada en una fuerza centrífuga de ruedasgiratorias, con hojas tipo turbina.

Compresor hermético: Unidad motocompresora en la que el motoreléctrico y el compresor, están montados en una flecha común, dentrode un casco de acero soldado. El motor eléctrico opera en la atmósferade refrigerante.

Compresor rotativo: Compresor con un cilindro y un rotor excéntricointerior, el cual gira dentro del cilindro. Las aletas deslizables dentro delrotor son las que comprimen el vapor durante la rotación.

Compresor semihermético: Unidad motocompresora que opera igualque un compresor hermético, con la excepción de que no está totalmentesellado, sino que se pueden quitar las tapas de los extremos para darleservicio.

Condensador: Componente del mecanismo de refrigeración que recibedel compresor vapor caliente a alta presión, enfriándolo y regresándololuego a su estado líquido. El enfriamiento puede ser con aire o con agua.

Condensador enfriado por agua: Intercambiador de calor, diseñado paratransferir calor desde el refrigerante gaseoso al agua. Existen tres tipos:de casco y tubos, de casco y serpentín y de tubos concéntricos.

220



Condensador enfriado por aire: Intercambiador de calor que transfierecalor al aire circundante. En estos condensadores, el vapor caliente dela descarga del compresor entra en los tubos, y el aire atmosférico circulapor fuera de los tubos, los cuales, generalmente, son del tipo aletado.

Condensador evaporativo: Condensador que combina un condensadoratmosférico, con una torre de enfriamiento de tiro forzado. El haz detubos se encuentra dentro de la torre. El agua es rociada sobre los tubos,y el aire forzado enfría el agua y los tubos. Parte del agua se evapora yenfría el resto del agua, reduciendo el consumo de ésta.

Control de alta presión: Dispositivo utilizado para evitar que la presiónde evaporación del lado de alta, exceda cierta presión.

Control de baja presión: Dispositivo utilizado para evitar que la presiónde evaporación del lado de baja caiga abajo de cierta presión.

Control termostático: Dispositivo que opera un sistema o parte de él,basado en un cambio de temperatura.

Evaporador: Componente del mecanismo de un sistema de refrigeración,en el cual el refrigerante se evapora y absorbe calor.

Evaporador de casco y tubos: Evaporador del tipo inundado, utilizadoprincipalmente para enfriar líquidos. Generalmente, el líquido circulapor los tubos que están dentro del casco cilíndrico, o viceversa.

Evaporador de expansión directa: Evaporador que utiliza como dispositivode control de líquido una válvula de expansión automática, o una determo expansión.

Evaporador inundado: Evaporador que todo el tiempo contienerefrigerante líquido.

Evaporador seco: Evaporador en el que el refrigerante está en forma degotas.

Filtro: Dispositivo para remover partículas extrañas de un fluido.

Filtro-deshidratador: Dispositivo empleado para la limpieza del refrigerantey del aceite, en los sistemas de refrigeración. Remueve toda clase decontaminantes, tales como: suciedad, rebabas, ceras, humedad, ácidos,óxidos, etc.

Flotador del lado de alta: Mecanismo para control de refrigerante, quecontrola el nivel de refrigerante líquido, en el lado de alta presión delsistema.

Flotador del lado de baja: Válvula de control de refrigerante, operadapor el nivel del refrigerante líquido, en el lado de baja presión del sistema.

Fusible: Dispositivo de seguridad eléctrico que consiste de una tira demetal fusible, que se funde cuando se sobrecarga el circuito.

221




Interruptor de presión: Interruptor operado por una disminución o porun aumento de presión.

Impedancia: Es la oposición en un circuito eléctrico al flujo de unacorriente alterna, que es similar a la resistencia eléctrica de una corrientedirecta.

Lado de alta: Partes de un sistema de refrigeración, que se encuentranbajo la presión de condensación o alta presión.

Lado de baja: Partes de un sistema de refrigeración, que se encuentranpor abajo de la presión de evaporación o baja presión.

Leyenda: Parte de un plano reservada a la definición de los símbolos ylíneas utilizados en el mismo.

Línea de líquido: Tubería que acarrea refrigerante líquido, desde elcondensador o recibidor, hasta el mecanismo de control de refrigerante.

Plano: Representación gráfica total o parcial en una superficie y medianteprocedimientos técnicos, de un terreno, de la planta de un edificio, deuna instalación,…

Presión de alta: Término empleado para referirse a la presión, a la cualse lleva a cabo la condensación, en un sistema de refrigeración.

Presión de baja: Presión del lado de baja del ciclo de refrigeración, a lacual se lleva a cabo la evaporación.

Reactancia: La parte de la impedancia de un circuito de corriente alterna,debido a la capacitancia o a la inductancia, o a ambas.

Reactancia inductiva: Inducción electromagnética en un circuito, quecrea una fem contraria o inversa, al cambiar la corriente original. Seopone al flujo de la corriente alterna.

Resistencia eléctrica (R): La dificultad que tienen los electrones paramoverse a través de un conductor o sustancia.

Separador de aceite: Dispositivo utilizado para remover aceite del gasrefrigerante.

Símbolo: Imagen utilizada para representar gráficamente un elementoreal.


Torre de enfriamiento: Dispositivo que enfría por evaporación del aguaen el aire. El agua es enfriada hasta la temperatura de bulbo húmedodel aire.

222



Transformador: Dispositivo electromagnético que transfiere energíaeléctrica, desde un circuito primario, a varios voltajes en un circuitosecundario.

Trifásico: Que opera por medio de la combinación de tres circuitos decorriente alterna, los cuales difieren en fase por un tercio de ciclo.

Válvula: Accesorio utilizado para controlar el paso de un fluido.

Válvula de agua (eléctrica): Válvula tipo solenoide (operadaeléctricamente), que se usa para abrir y cerrar el flujo de agua.

Válvula de agua (termostática): Válvula usada para controlar el flujo deagua a través de un sistema, accionada por una diferencia de temperaturas.Se usa en unidades como compresores y/o condensadores, enfriadospor agua.

Válvula de aguja: Tipo de válvula que tiene el asiento del vástago enforma de aguja, y un orificio pequeño en el asiento del cuerpo; sirvepara medir flujos bajos con mucha precisión.

Válvula de alivio: Válvula de seguridad en sistemas sellados. Abre paraliberar fluidos, antes de que alcancen presiones peligrosas.

Válvula de ángulo: Tipo de válvula de globo, con conexiones para tuboen ángulo recto. Usualmente, una conexión va en plano horizontal y laotra en plano vertical.

Válvula de control: Válvula que regula el flujo o presión de un medio,el cual afecta un proceso controlado. Las válvulas de control son operadaspor señales remotas de dispositivos independientes, que utilizan cualquiercantidad de medios de control, tales como neumáticos, eléctricos oelectrohidráulicos.

Válvula de descarga: Válvula dentro del compresor de refrigeración, quepermite que salga del cilindro el gas refrigerante comprimido, hacia lalínea de descarga, evitando que se devuelva.

Válvula de dos vías: Válvula con un puerto de entrada y uno de salida.

Válvula de escape: Válvula de apertura automática que proporcionasalida para los gases del cilindro en un compresor cuando la presióninterior supera cierto valor.

Válvula de expansión: Tipo de control de refrigerante, que mantienepresión constante en el lado de baja del sistema de refrigeración. Laválvula es operada por la presión en el lado de baja o de succión. Confrecuencia, se le conoce como válvula de expansión automática

Válvula de flotador: Tipo de válvula que opera con un flotador, sobre lasuperficie del líquido, controlando su nivel.

223



Válvula de gas: Dispositivo en la tubería para arrancar, parar o regularel flujo de un gas.

Válvula de líquido-vapor: Válvula manual doble, que se utiliza comúnmenteen los cilindros de refrigerante, con la cual se puede obtener refrigerante,ya sea en forma líquida o vapor, del cilindro.

Válvula de presión de agua: Dispositivo utilizado para controlar el flujode agua. Es responsable de crear la presión piezométrica del sistema derefrigeración.

Válvula de retención: Válvula de globo que acciona automáticamente,y que sólo permite el flujo en un solo sentido.

Válvula de seguridad: Válvula auto-operable de acción rápida, que se usapara un alivio rápido del exceso de presión.

Válvula de servicio: Dispositivo utilizado en cualquier parte del sistemadonde se desea verificar presiones, cargar refrigerante o hacer vacío odar servicio.

Válvula de servicio de descarga: Válvula de dos vías operada manualmente,ubicada en la entrada del compresor. Controla el flujo de gas de ladescarga; se usa para dar servicio a la unidad.

Válvula de servicio de succión: Válvula de dos vías operada manualmente,ubicada en la entrada del compresor. Controla el flujo de gas de lasucción; se usa para dar servicio a la unidad.

Válvula de succión: Válvula dentro del compresor de refrigeración, quepermite el ingreso del vapor de refrigerante, proveniente de la línea desucción, al cilindro, evitando que se devuelva.

Válvula de termo expansión: Válvula de control operada por la temperaturay presión dentro del evaporador. Controla el flujo de refrigerante haciael evaporador. El bulbo sensor se instala a la salida del evaporador.

Válvula de tres vías: Válvula de control de flujo con tres puertos, para elflujo de fluidos.

Válvula reguladora de presión: Dispositivo instalado en la línea de succión,que mantiene una presión constante en el evaporador, durante una partede trabajo del ciclo.

Válvula solenoide: Válvula diseñada para funcionar por acción magnética,a través de una bobina energizada eléctricamente. Esta bobina accionaun núcleo móvil, el cual abre o cierra la válvula.

Válvula termostática: Válvula controlada por elementos que respondena cambios de temperatura.

225




1. Nombrar y describir los distintos tipos de planos que puedenpresentarse en una instalación frigorífica.

2. Enumerar y describir las distintas partes de un plano.

3. Rellenar la siguiente tabla con el elemento que representa cada unode los símbolos.

DESIGNACIÓN DESIGNACIÓNSÍMBOLO SÍMBOLO

227



BIBLIOGRAFÍA














U.D. 4 SISTEMAS FRIGORÍFICOS

M 1 / UD 4



231

ÍNDICE

Introducción.................................................................................. 233

Objetivos ........................................................................................ 235

1. Ciclo de refrigeración. Variables de funcionamiento.

Diagramas P-h.......................................................................... 237

2. Piezas principales del sistema de refrigeración..................... 246

3. Efecto de la temperatura de vaporización y condensación

sobre la eficacia del ciclo ........................................................ 248

4. Recalentamiento del vapor..................................................... 251

5. Subenfriamiento del líquido .................................................. 254

6. Pérdidas de presión ................................................................ 255

7. Modificaciones sobre el ciclo ideal ........................................ 256

Resumen ........................................................................................ 257

Glosario.......................................................................................... 261


Bibliografía .................................................................................... 273



233

INTRODUCCIÓN

La producción de frío por compresión mecánica, es el sistema másutilizado en la casi totalidad de las instalaciones frigoríficas.

En la formación de los instaladores-mantenedores de los equiposfrigoríficos, es esencial el buen conocimiento del ciclo frigorífico decompresión mecánica que atraviesan los refrigerantes, así como identificartanto las distintas piezas que constituyen un equipo frigorífico como ellugar donde se producen los procesos que conforman dicho ciclofrigorífico.

Este conocimiento debe complementarse con saber representar mediantelos datos obtenidos de los equipos, los procesos que componen el ciclofrigorífico en un diagrama presión-entalpía, y viceversa, saber extraer deun diagrama P-h los parámetros necesarios para el buen conocimientode un equipo frigorífico.

En esta unidad se profundiza en el estudio del ciclo de refrigeración decompresión mecánica y en la representación del mismo en un diagramaP-h, realizando una introducción de las partes constituyentes de unequipo frigorífico que posteriormente, en la unidad 5, se desarrolla enprofundidad.

235

OBJETIVOS

Tras el estudio de esta unidad el alumno será capaz de:

Conocer los procesos que componen el ciclo de refrigeración simple decompresión mecánica.

Conocer los elementos principales que componen una máquina deproducción de frío que funciona mediante el ciclo de refrigeraciónsimple de compresión mecánica y distinguir los procesos que se llevana cabo en cada componente.

Identificar las distintas zonas en que se divide el diagrama P-h en funcióndel estado en que se encuentra el fluido refrigerante.

Trazar el ciclo de refrigeración ideal sobre el diagrama P-h identificandosobre el ciclo los procesos que se producen.

Conocer cómo influye sobre el ciclo de refrigeración la variación de latemperatura de evaporación y condensación, sabiendo valorar los cambiosproducidos en el ciclo de refrigeración sobre le diagrama P-h.

Valorar las consecuencias que sobre el ciclo de refrigeración tiene elrecalentamiento del vapor y el subenfriamiento del líquido.

Finalmente, conocer las variaciones que el ciclo de refrigeración realtiene sobre el ciclo ideal, y saber trazar un ciclo de refrigeración realsobre el diagrama P-h.



237

1. CICLO DE REFRIGERACIÓN. VARIABLES DEFUNCIONAMIENTO. DIAGRAMA P-h.

Antes de centrarnos en el estudio de los sistemas frigoríficos se debehacer hincapié en ciertos conceptos que posteriormente nos serviránpara una mejor comprensión del ciclo de refrigeración presente en todoslos sistemas frigoríficos.

Lo primero seria explicar qué se entiende por refrigeración:

La refrigeración se define como el proceso de reducción y mantenimientode la temperatura de un espacio o materia por debajo de la temperaturadel entorno.

La refrigeración es una parte de la climatización, ya que al climatizar,además de controlar la temperatura del aire en el proceso de tratamiento,también se controla la humedad, limpieza y distribución para respondera las exigencias del espacio climatizado.

Para poder reducir la temperatura, es necesario extraer el calor contenidoen el espacio o materia que deseamos refrigerar, y para extraer el calorde un cuerpo es necesario la presencia de otro cuerpo mas frío(temperatura inferior) que absorba el calor que deseamos eliminar.

El calor siempre fluye del cuerpo más caliente hacia el cuerpo más frío.

El cuerpo que se utiliza para absorber el calor que deseamos eliminarse llama refrigerante.

Un refrigerante es un calorífero que desplaza el calor de un espacio quese debe refrigerar, hacia el exterior. Es el fluido operante en el ciclo derefrigeración.

Cada vez que el refrigerante completa un ciclo, sufre dos cambios deestado, se evapora y se condensa, estos dos cambios de estado sonnecesarios para poder desplazar el calor del espacio que deseamosrefrigerar hacia el exterior.

Vamos a recordar varios conceptos anteriormente explicados:

Calor latente: es el calor que produce un cambio de estado sin cambiode temperatura.



238

Nos centramos en la evaporación y condensación, dos cambios de estadopresentes en el ciclo de refrigeración, el primero necesita de un aportede calor, y el segundo, por ser el proceso inverso al primero, necesitaceder el calor a otro cuerpo para llevarse a cabo.

Sabemos en estos momentos que el refrigerante en un punto del ciclode refrigeración se evapora, y para ello necesita un aporte de calor (eneste punto del ciclo se produce la absorción del calor del espacio porparte del refrigerante para reducir la temperatura del espacio) y que enotro punto del ciclo se condensa, necesitando ceder calor a otro cuerpo(en este punto el refrigerante cede el calor al exterior).

Estos cambios de estado no se pueden producir sin olvidar un conceptomuy importante, el calor siempre fluye del cuerpo más caliente hacia elcuerpo más frío, es decir, del cuerpo a mayor temperatura hacia el cuerpoa menor temperatura. Esto significa que para que los cambios de estadoen el refrigerante se produzcan es muy importante a qué temperaturase producen, para saber si la absorción de calor en la evaporación y lacesión de calor en la condensación se pueden llevar a cabo.

Esto nos lleva a recordar el concepto de temperatura de saturación:temperatura a la cual un líquido se transforma en vapor, o un vapor setransforma en líquido, es decir la temperatura a la que se produce laevaporación y la condensación del refrigerante, independiente para cadasustancia, y variable con la presión a la que se encuentra sometida lasustancia.

Cuando aumenta la presión, aumenta la temperatura de saturación.

Intuitivamente podemos valorar a qué temperaturas deben producirsedichos cambios de estado para que el ciclo de refrigeración se lleve acabo.

Nuestro objetivo es refrigerar un espacio, para ello sabemos que debemosextraer calor del espacio, utilizando un fluido llamado refrigerante; elrefrigerante va a absorber el calor del espacio mientras se evapora (absorbeel calor latente del refrigerante), con lo cual el calor debe fluir del espacioque queremos refrigerar hacia el refrigerante. Es decir, nos interesa queel refrigerante utilizado se evapore a temperaturas más bajas que a latemperatura a la que se encuentra el espacio que debemos refrigerar.

Interesa que las sustancias utilizadas como refrigerantes tengantemperaturas de saturación muy bajas, por debajo de cero para que latemperatura que queramos alcanzar en el espacio a refrigerar siempresea superior a la temperatura de saturación del refrigerante, y el flujode calor siempre vaya del espacio hacia el refrigerante.



239

Lo contrario ocurre en la condensación del refrigerante. Como en lacondensación el refrigerante cede calor, para volver a su estado liquido,el refrigerante debe encontrar un cuerpo mas frío que él para podercondensarse. Pero la temperatura de saturación es la misma para evaporarque para condensar, y acabamos de decir que interesa sustancias contemperaturas de saturación muy bajas para producir la evaporación delrefrigerante. Entonces, ¿cómo vamos a volver a condensar el refrigerante,para volver a evaporarlo y continuar extrayendo calor del espacio arefrigerar? Si, además, el calor lo voy a ceder al exterior que se suponeque está a más temperatura que el espacio que estoy refrigerando.

La respuesta se ha indicado anteriormente; al aumentar la presiónaumenta la temperatura de saturación. La solución es bien fácil, aumentola presión a la que se encuentra sometido el refrigerante hasta el puntoen que la temperatura de saturación del refrigerante es mayor que latemperatura exterior, convirtiendo al refrigerante en el cuerpo calienteen su punto de condensación, y el exterior que rodea el espacio arefrigerar en el cuerpo frío, absorbiendo el calor que necesita ceder elrefrigerante para condensar y volver a su estado liquido para iniciar otravez el ciclo de refrigeración.

Entre la condensación y evaporación en el ciclo de refrigeración, debemosreducir la presión a la que se encuentra sometido el refrigerante, paraque la temperatura de saturación descienda y la evaporación delrefrigerante vuelva a producirse.

Procesos del ciclo de refrigeración

El refrigerante circula por el sistema y pasa por diversos cambios deestado y condición; cada uno de esos cambios se denomina un proceso.El refrigerante comienza en un estado o condición inicial, pasa por unaserie de procesos según una secuencia definida, y vuelve a su condicióninicial. Esta serie de procesos se denomina ciclo de refrigeración. El ciclode refrigeración simple se compone de cuatro procesos fundamentales:

• Expansión.

• Evaporación.

• Compresión.

• Condensación.

Expansión

Este proceso ocurre en el control de flujo de refrigerante. El refrigerantelíquido a temperatura y presión altas fluye del receptor por el tubo dellíquido hacia el control de flujo del refrigerante, de tal forma que a lasalida, la presión del líquido se ha reducido lo suficiente para que la



240

temperatura de saturación del refrigerante que entra en el evaporadorsea inferior a la temperatura del ambiente refrigerado.

Una parte del líquido se evapora en el control de flujo de refrigerantepara reducir la temperatura del líquido hasta la temperatura deevaporación.

Evaporación

En el evaporador, el líquido se evapora a una temperatura y presiónconstantes, mientras el calor necesario para el suministro de calor latentede evaporación pasa de las paredes del evaporador hacia el líquido quese evapora.

Todo el refrigerante se evapora en el evaporador y se calienta en elextremo del evaporador. Pese a que la temperatura del vapor aumentaun poco en el extremo del evaporador debido al recalentamiento, lapresión del vapor no varía.

Aunque el vapor absorbe el calor del aire que rodea la línea de aspiración,que aumenta su temperatura y disminuye ligeramente su presión debidoa la pérdida por fricción en la línea de aspiración, estos cambios no sonimportantes para la explicación de un ciclo de refrigeración simple.

Compresión

Por la acción del compresor, el vapor que resulta de la evaporación selleva por la línea de aspiración desde el evaporador hacia la entrada deaspiración del compresor.

En el compresor, la temperatura y presión del vapor aumentan debidoa la compresión. El vapor de alta temperatura y alta presión se descargadel compresor en la línea de descarga.

Condensación

El vapor fluye por la línea de descarga hacia el condensador dondeevacua calor hacia el aire relativamente frío que el ventilador delcondensador hace circular a través del condensador. Cuando el vaporcaliente evacua calor hacia el aire más frío, su temperatura se reduce ala nueva temperatura de saturación que corresponde a la nueva presión,y el vapor se condensa, volviendo así al estado líquido. Antes de que elrefrigerante alcance el fondo del condensador, se condensa todo el vapory luego se subenfría.

A continuación, el líquido subenfriado pasa al receptor y queda listopara volver a circular.

A continuación describiremos el diagrama presión-entalpía, explicandolas distintas zonas que lo componen, y las diversas líneas que pueden



241

representarse sobre él, para que posteriormente describamos sobre eldiagrama P-h los procesos que componen el ciclo frigorífico, y las variablesde funcionamiento que lo conforman.

La entalpía de un fluido viene dada por la expresión:

donde:

• U: la energía interna del fluido.

• P: la presión.

• V: el volumen de la masa considerada.

La energía interna de un fluido es la suma del trabajo mecánico y de laenergía calorífica que puede aportar un sistema en reposo. Representa,pues, la reserva de energía contenida en el sistema.

El producto PV representa los trabajos mecánicos debidos a las fuerzasde presión.

Se demuestra que la entalpía de un fluido es función de su temperaturay crece con el aumento de la misma, siendo nula en T= 0ºK.

El diagrama entálpico es el que representa en abscisas entalpías, h, y enordenadas presiones, P, o logaritmo de presiones, log P, siendo por tanto,las líneas horizontales isóbaras y las verticales isoentálpicas.

En el diagrama entálpico, todas las transformaciones producidas en unciclo frigorífico real son determinadas en unidades térmicas directamente,sin necesidad de medir áreas, midiendo distancias. Además, en estediagrama tres de los procesos del ciclo son representados por rectas. Eldiagrama entálpico está construido para un sistema termodinámico deun Kg de fluido frigorígeno, lo que permite obviar los problemas derivadosde las variaciones de volumen especifico del fluido que se producen alo largo del ciclo de refrigeración.



Diagrama entalpico P-h

242

Las líneas representadas en el diagrama entálpico son:

Isobaras: paralelas al eje de abscisas.

Isentalpía: paralelas al eje de las ordenadas, en su transcurso el

Curva de Andrews: es la curva A-Cr-B, delimita siempre las zonas dondeel fluido es homogéneo (exteriores a la curva) o heterogéneo (interioresa la curva).

La curva se divide en dos ramas. La rama A-Cr del líquido en equilibriocon una burbuja de vapor se llama curva limite x=0, a la izquierdade esta curva el fluido se encuentra en fase líquida (zona de líquidosubenfriado). La rama Cr-B de vapor saturado en equilibrio con unagota de líquido, se titula curva límite x=1, a la derecha de esta curvael fluido se encuentra en fase gaseosa (zona de vapor recalentado).En el interior de la curva el fluido es una mezcla de líquido y vaporen equilibrio, dependiendo la composición de la mezcla de la posiciónrespecto a las curvas x=0 y x=1. El punto Cr fija las características delfluido en su punto crítico.

Isotermas: ascienden casi verticales en la zona de líquido subenfriado,horizontales y confundidas con las isóbaras dentro de la curva desaturación, y descendentes en la zona de vapor recalentado.

Isentrópicas: trazadas dentro de las zonas de los vapores húmedos yrecalentados, de pendiente positiva, no tienen inflexión al atravesar lazona de vapores saturados.

Isócoras: trazadas dentro de las zonas de los vapores húmedos yrecalentados, son ascendentes, y se quiebran al atravesar la curva desaturación.

Isotítricas: líneas de título constante, en el interior de la zona de vaporeshúmedos, dividen en segmentos proporcionales a las isotermas. Todoslos puntos de la misma relación (x) para temperaturas y presionesdiferentes se han juntado para formar el haz de curvas a relación constante.Este haz converge hacia Cr ya que todas las curvas de relación constantepasan por Cr.

En este diagrama se puede definir la relación del vapor en un punto Mde la zona de liquido-vapor bajo la relación:

Al igual, la relación del líquido en el punto M se define por la relación:



243



La relación que une con en un punto de la zona líquido-vapor es:

Trazado de un ciclo frigorífico ideal en un diagrama entálpico

Como se trata de un ciclo ideal, vamos a suponer:

• Aspiramos vapores en el estado exacto de vapor saturado seco (x=1).

• La compresión es una compresión adiabática pura.

• El líquido no experimenta subenfriamiento en el condensador ni enel depósito de líquido.

• No existen pérdidas de carga por la circulación del fluido en lastuberías.

Las condiciones de trabajo se definen por:

= temperatura de vaporización.

= temperatura de condensación.

= presión de vaporización.

= presión de condensación.

Tipo de líneas en diagrama entálpico

244



Lo primero que hacemos es trazar las isóbaras y , y sobre las que sesituaran los puntos característicos del ciclo. 1-2-3-4

Punto 1. Aspiración del compresor.

En 1 los vapores entran en el compresor justamente saturados (vaporsaturado seco x=1) se situará en la intersección de la isóbara isotérmica

- y de la curva x=1.

Punto 2. Compresión adiabática.

El punto figurativo se desplazará sobre la línea adiabática pasando porS1. Al final de la compresión, la presión tendrá el valor , por lo que elpunto 2 será la intersección de la isóbara y de la adiabática S1.

Punto 3. Enfriamiento y condensación del fluido.

Siendo una isóbara el enfriamiento y condensación del fluido, el puntofigurativo se desplazara de derecha a izquierda por la isóbara partiendode 2. Al término de la condensación y hallándose todo el fluido condensadoa la presión el punto 3 se encontrará en la intersección de la curvax=0 y la isobara-isotérmica - .

Punto 4. Expansión isentálpica.

La expansión es isentálpica, por lo que el punto figurativo se desplazarásobre la isentálpica y al final de la expansión, y siendo entonces lapresión, el punto h4 se hallara en la intersección de la isentálpica h4 , yla isóbara .

Como la evaporación es isobárica e isotérmica, el punto figurativodescribirá la isoterma-isobárica - , desde 4 hasta 1que es el estadodel fluido a la entrada del compresor.

Las cuatro transformaciones termodinámicas experimentadas por el

Diagrama presión-entalpía de un ciclo frigorífico ideal.

245



fluido se representan en este ciclo por las curvas o segmentos de laslíneas:

• Compresión: Tramo 1-2 (curva).

En el tramo el fluido recibe un aporte de energía externa en formade energía de compresión. El fluido aumenta su temperatura desde

hasta de forma isentrópica.

La energía absorbida por el fluido es:

• Condensación: Tramo 2-3 (recta).

El fluido que sale del compresor se enfría a presión constante yposteriormente se condensa hasta la forma líquida. La cantidad decalor que hay que ceder al medio de condensación para pasar delpunto 3 al 2 es:

• Expansión: Tramo 3-4 (recta).

El líquido a temperatura y presión llega a la válvula de expansióny sufre una expansión por laminado a través de un orificio. Estatransformación es isoentálpica y por tanto . El título del vaporvaría de a .

• Evaporación: Tramo 4-1 (recta).

El vapor al llegar al evaporador es una mezcla de líquido vapor, detítulo y cuya presión y temperatura son y respectivamente.Gracias al calor tomado del recinto a enfriar, el líquido se vaporiza,aumentando progresivamente el título del vapor y poniendo en juegoel calor latente de vaporización del líquido.

La cantidad de calor absorbida del medio es:

El diagrama nos hace ver claramente, que la cantidad de calor es unaaplicación evidente del principio de equivalencia

Tenemos:

ó

Se define el coeficiente de efecto frigorífico como la relación entreel frío producido y la energía de compresión suministrada, por tanto:

246



2. PIEZAS PRINCIPALES DEL SISTEMADE REFRIGERACIÓN

Las piezas principales del sistema de refrigeración se mencionan acontinuación:

• Receptor

Su función consiste en proporcionar el almacenamiento para ellíquido procedente del condensador para que haya un suministroconstante de líquido para el evaporador, según las necesidades delmismo.

• Línea de líquido

Su función consiste en llevar el refrigerante líquido desde el receptorhacia el control de flujo de refrigerante.

• Control de flujo de refrigerante

Sus funciones consisten en medir la cantidad adecuada de refrigeranteque va hacia el evaporador y en reducir la presión del líquido queentra en el evaporador, para que así, el líquido se evapore en elevaporador a la temperatura baja deseada.

• Evaporador

Su función consiste en proporcionar una superficie de transferenciade calor a través de la cual el calor pasa del ambiente refrigerado alrefrigerante evaporado.

• Línea de aspiración

Su función consiste en llevar el vapor de presión baja desde elevaporador hacia la entrada de aspiración del compresor.

• Compresor

Sus funciones consisten en extraer el vapor del evaporador y enaumentar la temperatura y presión del vapor para que éste puedacondensarse con los medios de condensación normalmentedisponibles.

• Línea de descarga

Su función es entregar el vapor a presión alta y temperatura altadesde el compresor hasta el condensador.

• Condensador

Su función es proporcionar una superficie de transferencia de calora través de la cual el calor pasa del vapor refrigerante caliente a unmedio de condensación.

247

Un sistema de refrigeración se divide en dos partes según la presión queel refrigerante ejerce en estas dos partes.

• Lado bajo

La parte de presión baja del sistema se compone del control de flujode refrigerante, el evaporador y la línea de aspiración. La presiónque ejerce el refrigerante en estas partes es la presión baja necesariapara que el refrigerante se evapore en el evaporador. Esta presión seconoce como “presión baja”, “presión del lado bajo”, “presión deaspiración” o “presión de evaporación”.

• Lado alto

La parte de presión alta del sistema se compone del compresor, lalínea de descarga, el condensador, el receptor y la línea de líquido.La presión que ejerce el refrigerante en esta parte del sistema es lapresión alta necesaria para la condensación del refrigerante en elcondensador. Esta presión se llama “presión alta” “presión de descarga”o “presión de condensación”.

Los puntos divisorios entre los lados de presión alta y baja del sistemason el control de flujo de refrigerante, donde la presión del refrigerantese reduce de la presión de condensación a la presión de evaporación, ylas válvulas de descarga en el compresor, a través de las cuales el vaporde presión alta se expulsa después de la compresión.



Ciclo refrigeración

248



3. EFECTO DE LA TEMPERATURA DE EVAPORACIÓNY CONDENSACIÓN SOBRE LA EFICACIA DEL CICLO

La eficacia de un ciclo de refrigeración varía considerablemente con latemperatura de vaporización y condensación, siendo de ellas, la devaporización la de mayor efecto.

Tal y como puede verse en la gráfica superior, el efecto refrigerante essuperior para el ciclo frigorífico cuya temperatura de vaporización Tv2corresponde a la presión Pv2 que para el ciclo frigorífico cuya temperaturade vaporización Tv1 corresponde a la presión Pv1, siendo Tv2 > Tv1.

Efecto frigorífico para el ciclo con temperatura de vaporización Tv2(Pv2):

Efecto frigorífico para el ciclo con temperatura de vaporización Tv1(Pv1):

ya que .

A esta mayor temperatura, más próxima a la del líquido que se aproximaa la válvula de laminación, una fracción más pequeña de refrigerante sevaporiza al paso por la válvula, quedando una mayor proporción paravaporizarse en el evaporador y producir más frío útil.

Al ser mayor el efecto refrigerante, la cantidad de fluido frigorígeno quecircula ha de ser menor.

La diferencia de presiones entre el evaporador y el condensador es menoren el ciclo que presenta una mayor temperatura de vaporización, por loque el trabajo de compresión también será menor.

Efecto de la temperatura de vaporización sobre el ciclo frigorífico.

249



Debido a que el trabajo de compresión y el peso de fluido refrigeranteque circula son menores a la mayor temperatura de aspiración, la potenciateórica requerida también será inferior para la temperatura de aspiraciónmás alta. Esta diferencia se hace más patente cuando se introduce laeficiencia del compresor y se comparan las potencias reales requeridas.

El volumen de vapor movido por el compresor varía con los cambios detemperatura de vaporización, disminuyendo enormemente a medidaque ésta aumenta. Este es probablemente el factor más importante detodos los que afectan a la capacidad y eficiencia del ciclo.

También, debido al menor peso de fluido frigorígeno que circula y almenor calor de compresión aportado, el calor eliminado en elcondensador debe ser inferior.

El efecto de la temperatura de condensación es inverso al que presentala temperatura de vaporización. Manteniéndose ésta última constante,la eficacia del ciclo disminuye si la temperatura de condensación aumenta,y viceversa.

Tal y como puede verse en la grafica superior, el efecto refrigerante essuperior para el ciclo frigorífico cuya temperatura de condensación Tc1corresponde a la presión Pc1 que para el ciclo frigorífico cuya temperaturade condensación Tc2 corresponde a la presión Pc2, siendo Tc1 < Tc2.

Efecto frigorífico para el ciclo con temperatura de condensación Tc1(Pc1):

Efecto frigorífico para el ciclo con temperatura de condensación Tc2(Pc2):

ya que .

Efecto de la temperatura de condensación sobre el ciclo frigorífico.

250



La temperatura del líquido que pasa a través de la válvula de laminaciónes mayor, , lo que reduce el efecto refrigerante. Esto, a su vez,hace que el peso de fluido refrigerante que debe circular sea mayor, ycomo consecuencia se incrementa el volumen de vapor que debe sercomprimido.

El trabajo de compresión necesario para aumentar la presión del vaporhasta la presión correspondiente a la temperatura de condensación esmayor a medida que aumenta esta temperatura. La potencia teóricarequerida aumenta con el incremento de la temperatura de condensación.

Aunque la cantidad de calor eliminado en el condensador por Kg defluido frigorígeno varía muy poco, ya que el aumento del calor decompresión es compensado por la disminución del efecto frigorífico, sinembargo el calor total disipado varía considerablemente, debido a ladiferencia de peso de fluido que circula. La cantidad de calor sensibleeliminado aumenta considerablemente, mientras que la de calor latentedisminuye ligeramente.

251



4. RECALENTAMIENTO DEL VAPOR

En el ciclo de refrigeración saturado simple, se supone que el vapor deaspiración llega hasta la entrada del compresor como vapor saturado ala temperatura y presión de evaporación. En la práctica, esto ocurre rarasveces. Después de que el refrigerante líquido se ha vaporizadocompletamente en el evaporador, el vapor saturado frío, continúa, porlo general, absorbiendo calor en el tramo de aspiración, pasando a unestado recalentado antes de llegar al compresor.

Si se desprecia la pequeña caída de presión del vapor en la tubería deaspiración, se podrá suponer que la presión del vapor de aspiraciónpermanece constante durante el recalentamiento.

La potencia requerida por unidad de capacidad refrigerante del ciclo esmayor para el ciclo con recalentamiento que para el ciclo saturado y,además, es menor el rendimiento obtenido (o eficiencia energética).

Esto quiere decir que el compresor, el motor del compresor y elcondensador deberán ser mayores para el ciclo con recalentamiento quepara el ciclo saturado. Esto significa una mayor inversión inicial en elsistema frigorífico.

Cuando el vapor pasa directamente hasta la aspiración del compresorsin ningún recalentamiento, puede arrastrar pequeñas cantidades delíquido no vaporizado. A este vapor se le llama vapor húmedo. Este vaporhúmedo en la aspiración puede causar efectos negativos en la capacidaddel compresor, y provocarle daños mecánicos. Ya que el recalentamientodel vapor elimina la posibilidad de existencia de este vapor húmedo enel compresor, es deseable un cierto grado de recalentamiento del mismo.

El efecto del recalentamiento del vapor de aspiración sobre la capacidaddel sistema y sobre el coeficiente de operación, depende totalmente de

Imagen diagrama con recalentamiento del vapor.

252



dónde y cómo ocurre el recalentamiento del vapor y de si el calorabsorbido por el vapor al recalentarse produce o no enfriamiento útil.

El grado de recalentamiento que se elija en cada caso particular, depende,también, de dónde y cómo ocurra el recalentamiento, así como delrefrigerante empleado.

El recalentamiento del vapor en el tramo de aspiración puede ocurriren los siguientes puntos, o en una combinación de ellos:

• Al final del evaporador.

• En la tubería de aspiración instalada dentro del local refrigerado.

• En la tubería de aspiración situada fuera del espacio refrigerado.

• En un cambiador de calor, tramo de aspiración-tubería de líquido.

Cuando el recalentamiento tiene lugar al fluir el refrigerante por latubería de aspiración localizada fuera del espacio refrigerado, el calortomado por el vapor es absorbido del ambiente y no se produceenfriamiento útil. Este recalentamiento del vapor que no produceenfriamiento útil afecta adversamente a la eficacia del ciclo. Es obvioentonces, que el recalentamiento del vapor en la tubería de aspiraciónfuera del espacio refrigerado debe eliminarse siempre que sea práctico.

El recalentamiento del vapor dentro del espacio refrigerado puedeocurrir al final del evaporador o en la tubería de aspiración localizadadentro del espacio refrigerado, o en ambos sitios.

Para que no llegue refrigerante en forma de líquido al compresor sedebe ajustar la válvula de regulación de refrigerante de forma que todoel líquido se evapore totalmente antes de su llegada al final del evaporador.En tales casos, el vapor frío continuará absorbiendo calor y se recalentaráen la última parte del evaporador.

Si el calor necesario para recalentar el vapor es tomado del espaciorefrigerado, se obtiene un enfriamiento útil y el efecto frigorífico porunidad de masa de refrigerante aumenta en una cantidad igual a lacantidad de calor absorbido en el recalentamiento. Sin embargo, a pesarde que se mejora aparentemente la eficiencia frigorífica del ciclo, no eseconómico el recalentamiento del vapor en el evaporador más allá delo necesario para lograr el funcionamiento adecuado de la válvula deexpansión.

El recalentamiento excesivo del vapor de aspiración en el evaporadorreducirá la capacidad del evaporador innecesariamente y requerirá queel evaporador opere a una temperatura de vaporización menor o el usode un evaporador más grande, con objeto de obtener la capacidad deevaporador deseada.

253



A veces se instala dentro del espacio refrigerado, para el recalentamientodel vapor, un tramo de tubería de aspiración adicional al evaporador,llamado generalmente serpentín secador, cuya función es la de secar.Dicha tubería permite una inundación más completa del evaporadorcon refrigerante líquido, sin que exista el peligro de arrastre de líquidopor la tubería de aspiración hasta el compresor.

Este sistema no solamente proporciona un medio de recalentamientodel vapor de aspiración dentro del espacio refrigerado de forma que laeficiencia del ciclo aumente sin sacrificio de superficie evaporadora, sinoque de hecho hace posible un uso más efectivo de la superficie delevaporador.

En algunos casos, y en particular cuando la temperatura de aspiraciónes alta y la humedad relativa del aire exterior razonablemente baja, elrecalentamiento del vapor de aspiración dentro del espacio refrigerado,elevará la temperatura de la tubería de aspiración evitando la formaciónde escarcha y eliminando la necesidad de aislamiento de dicha tubería.

El grado de recalentamiento del vapor de aspiración, dentro del espaciorefrigerado, está limitado por la temperatura del espacio. Normalmente,el vapor podrá ser recalentado hasta 2-3°C por debajo de la temperaturadel local refrigerado.

254



5. SUBENFRIAMIENTO DEL LÍQUIDO

Cuando el líquido refrigerante es subenfriado antes de que llegue a laválvula de expansión, se incrementa el efecto refrigerante por unidadde masa de fluido refrigerante.

El aumento de efecto refrigerante por kg de refrigerante, resultante delsubenfriamiento es la diferencia entre h4 y h4’ y es exactamente iguala la diferencia entre h3 y h3’, que representa el calor eliminado por Kgde líquido, durante el subenfriamiento.

El efecto refrigerante en el ciclo saturado es:

y el efecto refrigerante en el ciclo con subenfriamiento:

El trabajo de compresión por unidad de masa es igual para ambos ciclos,saturado y con subenfriamiento, se deduce que el aumento de efectorefrigerante por unidad de masa originado por el subenfriamiento, seobtiene sin aumentar el suministro de energía al compresor.

El trabajo de compresión para ambos ciclos es:

Si existe un aumento en la cantidad de calor absorbida en el evaporador,manteniendo constante el trabajo absorbido por el compresor,evidentemente se produce un aumento del rendimiento del ciclo.

)()( saturadoientosubenfriam εε >

Diagrama con subenfriamiento

255



6. PÉRDIDAS DE PRESIÓN

El refrigerante experimenta una pérdida de carga por fricción, durantesu circulación por las tuberías, evaporador, condensador, recipiente delíquido y a través de las válvulas y demás puntos del circuito frigorífico.

Como resultado de la caída de presión en el evaporador, el vapor salede él a una presión y temperatura de saturación menor.

Debido a esto, la potencia necesaria por capacidad frigorífica unitariaes también mayor, ya que el vapor debe ser comprimido salvando unincremento de presión superior (la relación de compresión aumenta).

La caída de presión tanto en el evaporador como en la tubería deaspiración, debe mantenerse dentro de un valor mínimo con objeto deobtener la mayor eficiencia posible del ciclo frigorífico. Esto se aplicatambién a los cambiadores de calor o a cualquier otro dispositivo auxiliarque se utilice en la tubería de aspiración.

Normalmente, la caída de presión en un evaporador bien diseñado esde 0,14 a 0,21 Kg/cm2. Idealmente, la tubería del tramo de aspiracióndebe ser diseñada de manera que la caída de presión no acuse unadisminución mayor de 1°C en la temperatura de saturación.

Señalar que, el vapor es comprimido en el compresor hasta una presiónconsiderablemente mayor que la presión de condensación. Esto esnecesario para forzar la salida del vapor, a través de las válvulas dedescarga, contra la presión de condensación y contra la presión ocasionadapor la acción de los resortes en las válvulas de descarga.

Cualquier caída de presión que ocurra en el lado de la descarga delcompresor tendrá el efecto de aumentar la presión de descarga,aumentando así el trabajo y la potencia del compresor.

En el tramo de tubería entre el recipiente de líquido y la válvula deexpansión, existen también pérdidas de carga. Estas pérdidas de cargadeben ser inferiores a 0,35 Kg/cm2.

Imagen diagrama ciclo real



256

7. MODIFICACIONES SOBRE EL CICLO IDEAL

Hemos visto que el ciclo real se aleja del ciclo teórico debido a:

• Tramo 1-2. Recalentamiento en las tuberías de aspiración delcompresor.

• Tramo 2-3. Pérdida de carga en la válvula de aspiración del compresor.

• Tramo 3-4. Recalentamiento del vapor al entrar en el cilindro.

• Tramo 4-5. Compresión real (no isoentrópica).

• Tramo 5-6. Pérdida de carga en la válvula de descarga.

• Tramo 6-8. Enfriamiento de los vapores en la tubería entre el compresory el condensador.

• Tramo 8-9. Enfriamiento de vapores, condensación y subenfriamientodel líquido.

• Tramo 9-10. Laminación en la válvula de expansión.

• Tramo 10-1. Evaporación del líquido y absorción de calor en elevaporador.

En el diagrama puede observarse igualmente:

• Pérdida de carga durante la evaporación.

• Pérdida de carga durante la condensación.

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RESUMEN

La refrigeración se define como el proceso de reducción y mantenimientode la temperatura de un espacio o materia por debajo de la temperaturadel entorno.

Para conseguir refrigerar un espacio o materia existen multitud demétodos que se basan en propiedades muy distintas, centrándonos enel ciclo de refrigeración simple de compresión mecánica.

El refrigerante es el fluido operante en el ciclo de refrigeración. Mediantesu cambio de estado, el refrigerante desplaza el calor de un espacio quese debe refrigerar, hacia el exterior.

El refrigerante circula por el sistema y pasa por diversos cambios deestado y condición; cada uno de esos cambios se denomina proceso. Elrefrigerante comienza en un estado o condición inicial, pasa por unaserie de procesos según una secuencia definida, y vuelve a su condicióninicial. El conjunto de procesos se denomina ciclo de refrigeración. Elciclo de refrigeración simple se compone de cuatro procesosfundamentales:

• Expansión.

• Evaporación.

• Compresión.

• Condensación.

Las piezas principales que componen el ciclo de refrigeración decompresión mecánica son:

• La válvula de regulación o laminación donde se produce la expansión.

• El evaporador donde se realiza el proceso de evaporación delrefrigerante.

• El compresor donde se produce la compresión del refrigerante.

• El condensador donde se realiza el proceso de condensación delrefrigerante.

• Tuberías de unión de todos estos elementos para conseguir un circuitocerrado.

Estos procesos que componen el ciclo de refrigeración se puedenrepresentar en un diagrama entálpico.

Dependiendo del tipo de transformación que se quiera representar enel diagrama entálpico, existen distintos tipos de líneas.

Las distintas líneas que pueden representarse en un diagrama entálpico

258



son las siguientes:

• Isóbaras.

• Isentálpica.

• Curva de Andrews.

• Isotermas.

• Isentrópicas.

• Isocoras.

• Isotítricas.

La curva de Andrews divide el diagrama entálpico en tres zonas:

• Zona de líquido subenfriado.

• Zona de vapor-liquido en equilibrio.

• Zona de vapor recalentado.

Las variables que determinan el estado del refrigerante en cada puntodel ciclo de refrigeración son:

• tv = temperatura de vaporización.

• tc = temperatura de condensación.

• pv = presión de vaporización.

• pv = presión de condensación.

• xv = título de vapor o de líquido en la zona de líquido-vapor.

Conociendo cómo se representan en un diagrama entálpico los distintosprocesos ideales que componen el ciclo de refrigeración y sabiendo losvalores de las principales variables que determinan el estado delrefrigerante en cada punto del ciclo, podemos representar el ciclo derefrigeración ideal en un diagrama entálpico.

En el diagrama entálpico todas las transformaciones producidas en unciclo frigorífico son determinadas en unidades térmicas directamente,sin necesidad de medir áreas, midiendo distancias.

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El ciclo de refrigeración real se aleja del ciclo teórico debido a:

• Tramo 1-2. Recalentamiento en las tuberías de aspiración delcompresor.

• Tramo 2-3. Pérdida de carga en la válvula de aspiración del compresor.

• Tramo 3-4. Recalentamiento del vapor al entrar en el cilindro.

• Tramo 4-5. Compresión real (no isentrópica).

• Tramo 5-6. Pérdida de carga en la válvula de descarga.

• Tramo 6-7. Enfriamiento de los vapores en la tubería entre el compresory el condensador.

• Tramo 7-8. Enfriamiento de vapores, condensación y subenfriamientodel líquido.

• Tramo 8-9. Laminación en la válvula de expansión.

• Tramo 9-1. Evaporación del líquido y absorción de calor en elevaporador.

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GLOSARIO



Aspiración: Movimiento producido en un fluido por succión.


Bomba: Cualquiera de las diferentes máquinas que impulsan un gas oun líquido o lo atraen de algo, por succión o por presión.

Caída de presión: Diferencia de presión en dos extremos de un circuitoo parte de un circuito. Cualquier pérdida de presión en la línea debidoa la fricción del fluido, o a una restricción en la línea.



Calor de fusión: Calor requerido por una sustancia, para cambiar delestado sólido al estado líquido, a una temperatura constante.

Calor específico: Relación de la cantidad de calor requerido, paraaumentar o disminuir la temperatura de una sustancia en 1 ºC, comparadocon la que se requiere para aumentar o disminuir la temperatura de unamasa igual de agua en 1 ºC. Se expresa como una fracción decimal.







Cambio de estado: Condición en la cual, una sustancia cambia de sólidoa líquido o de líquido a gas, debido a la aplicación de calor. O a la inversa,

262



cuando una sustancia cambia de gas a líquido o de líquido a sólido,debido a la pérdida de calor.

Capacidad: Sistema de clasificación en refrigeración. Medido generalmenteen kcal/h o en watios.


Centígrada, escala: Escala de temperatura usada en el sistema métrico.El punto de congelación del agua es de 0 ºC, el punto de ebullición esde 100 ºC.

Cero absoluto (temperatura): Temperatura a la cual cesa todo movimientomolecular (-273 ºC y -460 ºF).

Ciclo: Serie de eventos u operaciones, que tienen una tendencia arepetirse en el mismo orden.

Cilindro: Dispositivo que convierte fuerza de un fluido en fuerza ymovimiento mecánico lineal. Este consiste, usualmente, en elementosmóviles tales como un pistón, biela y émbolo, operando dentro de uncilindro.

Circuito: Instalación de tubería o de alambre eléctrico, que permite elflujo desde y hacia la fuente de energía.

Climatización: Control de la temperatura, humedad, limpieza ymovimiento de aire en un espacio confinado, según se requiera, paraconfort humano o proceso industrial. Control de temperatura significacalentar cuando el aire está frío, y enfriar cuando la temperatura es muycaliente

Coeficiente de rendimiento: Relación del trabajo realizado o completado,en comparación con la energía utilizada.



Condensación: Proceso de cambiar de estado un vapor o un gas a líquido,al enfriarse por abajo de su temperatura de saturación o punto de rocío.


Condensador: Componente del mecanismo de refrigeración, el cualrecibe del compresor vapor caliente a alta presión, enfriándolo yregresándolo luego a su estado líquido. El enfriamiento puede ser conaire o con agua.

263






Control de baja presión: Dispositivo utilizado para evitar que la presiónde evaporación del lado de baja, caiga abajo de cierta presión.

Control de refrigerante: Dispositivo que mide el flujo de refrigerante,entre dos áreas del sistema de refrigeración. También mantiene unadiferencia de presión entre los lados de alta y baja presión del sistema,mientras la unidad está trabajando.


Diferencial: La diferencia de temperatura o presión, entre las temperaturaso presiones de arranque y paro, de un control.

Efecto refrigerante: cantidad de calor absorbida en el evaporador delespacio a refrigerar.

Eficiencia: Capacidad de un dispositivo, sistema o actividad, divididaentre la potencia absorbida necesaria para crear esa capacidad. En uncompresor, la eficiencia sería la capacidad de trabajo, medida por uncambio de presión, dividida entre la energía eléctrica consumida.

Eficiencia volumétrica: Término utilizado para expresar la relación, entreel funcionamiento real de un compresor o de una bomba de vacío, y elfuncionamiento calculado en base a ese desplazamiento.


Energía, conservación de la: Proceso de instituir cambios que resultaránen ahorros de energía, sobre la revisión de los cálculos para determinarlas cargas principales.


Entalpía: La cantidad de calor en un kilogramo de sustancia, calculadade una base de temperatura aceptada. La temperatura de 0 ºC, es unabase aceptada para los cálculos del vapor de agua. Para cálculos derefrigeración, la base aceptada es de -40 ºC.

Entropía: Medida de la cantidad de energía que no puede convertirseen trabajo.

Escala centígrada: Escala de temperaturas usada en el sistema métrico.El punto de congelación de agua a la presión atmosférica normal, es de0ºC, y el punto de ebullición, es de 100ºC.

Escala Fahrenheit: En un termómetro Fahrenheit, bajo la presión

264



atmosférica normal, el punto de ebullición del agua es de 212 ºF, y elpunto de congelación es de 32 ºF arriba de cero.

Escala Kelvin (K): Escala de temperatura, en la cual, la unidad de mediciónes igual al grado centígrado, y de acuerdo a la cual, el cero absoluto es 0ºK, equivalentes a -273.16 ºC. En esta escala el agua se congela a 273.16 ºKy bulle a 373.16 ºK.

Escala Rankine (R): Nombre dado a la escala de temperaturas absolutas,cuyas unidades son similares a los grados Fahrenheit. El cero (0 ºR) enesta escala equivale a -460 ºF.


Evaporador: Componente del mecanismo de un sistema de refrigeración,en el cual, el refrigerante se evapora y absorbe calor.

Expansión: Aumento del volumen de un cuerpo por efecto del incrementode la temperatura o la disminución de presión.

Fluido: Sustancia que puede estar en estado líquido o gaseoso. Sustanciaque contiene partículas que se mueven y cambian de posición sinseparación de la masa.

Frío: La ausencia de calor. Temperatura considerablemente abajo de lanormal.

Fuerza: La fuerza es una presión acumulada, se expresa en Newtons (N)en el Sistema Internacional.




Humedad relativa (hr): La cantidad de humedad en una muestra de aire,en comparación con la cantidad de humedad que el aire tendría, estandototalmente saturado y a la misma temperatura.

Humidificador: Dispositivo utilizado para agregar y controlar humedad.


Isentrópica: Nombre con el que se conoce a la línea o líneas que, en unagráfica, representan un cambio a entropía constante.

Isóbara: Nombre con el que se conoce a la línea o líneas que, en unagráfica, representan un cambio a presión constante.

265



Isócora: Nombre con el que se conoce a la línea o líneas que, en unagráfica, representan un cambio a volumen constante.

Isoentálpica: Nombre con el que se conoce a la línea o líneas que, enuna gráfica, representan un cambio a entalpia constante.

Isoterma: Nombre con el que se conoce a la línea o líneas que, en unagráfica, representan un cambio a temperatura constante.



Isotítrica: Nombre con el que se conoce a la línea o líneas que, en unagráfica, representan un cambio a titulo constante.





Kilowatio (kW): Unidad de potencia equivalente a mil Watts. Ver Watt.

Lado de alta: Partes de un sistema de refrigeración, que se encuentranbajo la presión de condensación o alta presión.

Lado de baja: Partes de un sistema de refrigeración, que se encuentranpor abajo de la presión de evaporación o baja presión.

Lado de succión: Lado de baja presión del sistema, que se extiende desdeel control de refrigerante, pasando por el evaporador, la línea de succión,hasta la válvula de servicio de entrada al compresor.

Línea de descarga: En un sistema de refrigeración, es la tubería queacarrea el gas refrigerante, desde el compresor hasta el condensador.

Línea de líquido: Tubería que acarrea refrigerante líquido, desde elcondensador o recibidor, hasta el mecanismo de control de refrigerante.

Línea de succión, aspiración: Tubería que acarrea refrigerante gaseoso,desde el evaporador hasta el compresor.


266



Masa: Cantidad de materia mantenida junta, de tal manera que formaun cuerpo.

Materia: Todo aquello que tiene masa y volumen.





Presión atmosférica: Presión que ejerce el aire atmosférico sobre la tierra.Se mide en kPa, mm de Hg, kg/cm2, etc. Al nivel del mar, tiene un valorde 101.325 kPa.

Presión crítica: Condición comprimida del refrigerante, en la cual ellíquido y el gas, tienen las mismas propiedades.

Presión de alta: Término empleado para referirse a la presión, a la cualse lleva a cabo la condensación, en un sistema de refrigeración.

Presión de baja: Presión del lado de baja del ciclo de refrigeración, a lacual se lleva a cabo la evaporación.

Presión de condensación: Presión dentro de un condensador, a la cualel vapor de refrigerante cede su calor latente de evaporación y se vuelvelíquido. Varía con la temperatura.

Presión de descarga: En un sistema de refrigeración se llama así a lapresión contra la que descarga el compresor. Comúnmente, es la presiónque existe en el lado del condensador, y se mide en la descarga delcompresor.

Presión de succión: En un sistema de refrigeración se llama así a lapresión a la entrada del compresor.


Presión de vaporización: Presión dentro de un evaporador, a la cual ellíquido de refrigerante absorbe su calor latente de evaporación y se vuelvevapor. Varía con la temperatura.

Primera Ley de la Termodinámica: La energía no se crea ni se destruye,sólo se transforma (ley de la conservación de la energía).

267




Proceso irreversible: Proceso que no puede revertirse desde su estadofinal hasta su estado inicial. Todos los procesos conocidos en nuestrouniverso son irreversibles. Todos los procesos están ligados a la entropía,de tal modo que si alguien afirmara que un proceso es reversible, élestaría sugiriendo que dicho proceso viola la segunda ley de latermodinámica.

Proceso reversible: Proceso cuya trayectoria entre los estados inicial yfinal se puede conocer (de trayectoria conocida) y revertirse hasta suestado inicial. No existen procesos reversibles en el universo real.

Recalentamiento: 1- Temperatura del vapor arriba de su temperatura deebullición (saturación) a la misma presión. 2- La diferencia entre latemperatura a la salida del evaporador, y la temperatura más baja delrefrigerante, que se está evaporando en el evaporador.

Receptor de líquido: Cilindro o contenedor conectado a la salida delcondensador, para almacenar refrigerante líquido en un sistema.

Refrigeración: proceso de reducción y mantenimiento de la temperaturade un espacio o materia por debajo de la temperatura del entorno.


Rendimiento termodinámico: Medida de la capacidad de una máquinatérmica para transferir por medio de trabajo (W) parte de la energíaabsorbida (Qc) desde la fuente caliente, de acuerdo con las limitacionesresultantes de la Segunda Ley de la Termodinámica. La definiciónoperacional de Rendimiento Termodinámico es la siguiente

Saturación: Condición existente, cuando una sustancia contiene la mayorcantidad que pueda retener de otra sustancia, a esa presión y temperatura.

Segunda Ley de la Termodinámica: El calor no fluye espontáneamentede un sistema frío a otro más caliente.

Sistema: Cantidad de materia incluida entre límites reales o imaginarios.

Subenfriamiento: Enfriamiento de refrigerante líquido por debajo de sutemperatura de condensación.



Temperatura absoluta: Temperatura medida desde el cero absoluto.

Temperatura ambiente: Temperatura de un fluido (generalmente el

268



aire), que rodea un objeto por todos lados.




Temperatura de condensación: Temperatura dentro de un condensador,en el que el vapor de refrigerante, cede su calor latente de evaporacióny vuelve líquido. Varía con la presión.


Temperatura de vaporización: Temperatura dentro de un evaporador,en el que el liquido de refrigerante absorbe su calor latente de evaporacióny vuelve vapor. Varía con la presión.



Trabajo: Forma de transferencia de energía entre un sistema y su medioexterior, que se manifiesta por la actuación de fuerzas capaces de provocardistintos efectos, tales como desplazamientos, deformaciones y otros.


Unidad de condensación: Parte de un mecanismo de refrigeración quesucciona vapor de refrigerante del evaporador, lo comprime, lo licúa enel condensador y lo regresa al control de refrigerante.




Válvula de control: Válvula que regula el flujo o presión de un medio,el cual afecta un proceso controlado. Las válvulas de control son operadaspor señales remotas de dispositivos independientes, que utilizan cualquiercantidad de medios de control, tales como neumáticos, eléctricos oelectrohidráulicos.

Válvula de descarga: Válvula dentro del compresor de refrigeración, quepermite que salga del cilindro el gas refrigerante comprimido, hacia lalínea de descarga, evitando que se devuelva.

269




Válvula de succión: Válvula dentro del compresor de refrigeración, quepermite el ingreso del vapor de refrigerante, proveniente de la línea desucción, al cilindro, evitando que se devuelva.


Vapor saturado: Vapor que se encuentra a las mismas condiciones detemperatura y presión que el líquido del cual se está evaporando. Esdecir, si este vapor se enfría, se condensa.



Watt (W)/ Watio: Unidad de potencia, equivale a la potencia producidaal realizar un trabajo de 1 Joule por segundo (1 Watt = 1 J/s).

271




1. ¿Qué es la refrigeración?

2. ¿En qué pieza de la máquina frigorífica se produce la absorción delcalor del espacio que se quiere refrigerar, y qué efecto tiene sobre ellíquido refrigerante?

3. Un equipo de refrigeración que funciona mediante un ciclo derefrigeración simple de compresión mecánica contiene los siguientesdatos:

Suponemos que el ciclo de refrigeración es ideal (compresiónisentrópica).

El refrigerante utilizado es amoniaco.

La presión absoluta de condensación es 7 kg/cm_

La presión absoluta de evaporación es 3 kg/cm_

Dibuja sobre el siguiente diagrama P-h, el ciclo de refrigeración idealque sigue el amoniaco y calcula:

El efecto refrigerante por kg de refrigerante.

El equivalente térmico del trabajo de compresión por kg derefrigerante.

El calor cedido en la condensación por kg de refrigerante.

El coeficiente de efecto frigorífico.

4. ¿Qué partes constituyen el lado de baja en un sistema de refrigeración?

5. ¿Cómo le afecta al efecto refrigerante y al trabajo de compresión elaumento de la temperatura de vaporización en un ciclo derefrigeración?

6. ¿Cómo varía el coeficiente de efecto frigorífico cuando el líquido

272



refrigerante es subenfriado antes de que llegue a la válvula deexpansión y por qué?

7. ¿Cómo afecta al coeficiente de efecto frigorífico la pérdida de presiónen el evaporador y por qué?

8. Enumera las diferencias entre el ciclo frigorífico real y el ciclofrigorífico ideal.

273



BIBLIOGRAFÍA














U.D. 5 EQUIPOS Y MATERIALES

M 1 / UD 5



281

ÍNDICE

Introducción.................................................................................. 285

Objetivos ........................................................................................ 287

1. Compresores............................................................................ 289

1.1. Tipos de compresores................................................... 289

1.2. Compresores alternativos ordinarios........................... 290

1.3. Compresores alternativos especiales............................ 294

1.4. Compresores rotativos .................................................. 297

1.5. Otros tipos de compresores de desplazamiento

positivo........................................................................... 299

1.6. Compresores centrífugos ............................................. 301

1.7. Aplicaciones s de los diferentes tipos

de compresores ............................................................. 303

1.8. Partes constituyentes de un compresor....................... 303

1.9. Ciclo de un compresor. Dimensionamiento

y rendimiento de un compresor .................................. 314

1.10. Potencia de un compresor ........................................... 322

1.11. Régimen de funcionamiento de un compresor.......... 323

1.12. Regulación de potencia en compresores alternativos 324

1.13. Selección de un compresor.......................................... 325

2. Evaporadores ........................................................................... 326

2.1. Evaporador. Definición y función................................ 326

2.2. Características que debe reunir un evaporador.......... 327

2.3. Tipos de evaporadores.................................................. 328

2.4. Sistemas directos e indirectos de enfriamiento .......... 340

2.5. Parámetros característicos ............................................ 341

2.6. Posición de los ventiladores ......................................... 349

2.7. Escarche y desescarche de los evaporadores............... 349

3. Condensadores........................................................................ 357

3.1. Condensadores. Definición, función y características. 357

3.2. Partes constituyentes..................................................... 358

3.3. Clasificación de los condensadores ............................. 358

3.4. Selección de condensadores ........................................ 370



282

3.5. Funcionamiento del condensador............................... 371

3.6. Flujo e incremento de la temperatura

del medio condensante ................................................ 375

4. Dispositivos de seguridad y regulación .................................. 379

4.1. Tipos de dispositivos de seguridad y regulación......... 379

4.2. Tipos de dispositivos de seguridad .............................. 396

4.3. Dispositivos eléctricos de seguridad y control............. 398

5. Torres de refrigeración........................................................... 401

5.1. Introducción ................................................................ 401

5.2. Clasificaciones de las torres de refrigeración............. 402

5.3. Principios físicos de funcionamiento .......................... 407

5.4. Elementos constituyentes ............................................. 409

5.5. Evaluación de rendimientos......................................... 417

5.6. Mantenimiento ............................................................. 425

6. Elementos auxiliares de los sistemas frigoríficos................... 429

6.1. Silenciadores ................................................................ 429

6.2. Receptor de líquido ...................................................... 429

6.3. Acumulador de succión................................................ 430

6.4. Separadores de aspiración............................................ 432

6.5. Separadores de aceite ................................................... 434

6.6. Sistemas de retorno de aceite a los compresores........ 435

6.7. Filtro deshidratador...................................................... 437

6.8. Pre-enfriador ................................................................. 437

6.9. Indicadores de líquido humedad ................................ 438

6.10. Intercambiadores de calor ........................................... 438

6.11. Purgadores .................................................................... 439

6.12. Drenaje .......................................................................... 440

6.13. Cilindro de carga .......................................................... 440

6.14. Equipos de vaciado y de carga ..................................... 440

6.15. Suministro de energía y cableado de enlace............... 440

7. Materiales................................................................................. 446

7.1. Tipos y designacion comercial; condiciones

de utilización y aplicaciones......................................... 446



283

8. Lubricantes.............................................................................. 464

8.1. Introducción ................................................................. 464

8.2. Clasificaciones ............................................................... 465

8.3. Aceites para refrigeración ............................................ 467

8.4. Manipulación ................................................................ 481

9. Refrigerantes ........................................................................... 484

9.1. Introducción ................................................................. 484

9.2. Historia de los refrigerantes......................................... 494

9.3. Clasificación y Normativa ............................................. 498

9.4. Manipulación ................................................................ 509

10. Mantenimiento y reparación de equipos............................... 520

10.1. Introducción ................................................................. 520

10.2. Diagnóstico de averías en máquinas y equipos ........... 521

10.3. Herramientas y utillaje ................................................. 525

10.4. Tablas de averías. Identificación de causas.................. 529

10.5. Procedimientos en caso de averías .............................. 568

10.6. Herramientas y utillaje ................................................. 573

10.7. Mantenimiento ............................................................. 577

10.8. Documentación relacionada ........................................ 582

10.9 Medidas de seguridad................................................... 583

Resumen ........................................................................................ 587

Glosario ........................................................................................ 593


Bibliografía .................................................................................... 625

285

INTRODUCCIÓN

El mantenimiento de una instalación debe realizarse siempre conociendolos elementos que la componen, así como el funcionamiento de éstos ysus interacciones, de este modo podrá valorarse el buen funcionamientode una instalación o en caso contrario detectar con mayor rapidez lasposibles causas del mal funcionamiento.

Es necesario también conocer los parámetros de diseño de la instalacióny el ciclo de frigorífico que atraviesa el refrigerante (contemplados enla unidad 4 ‘’Sistemas Frigoríficos’’) para proceder a una rápida localizacióny reparación de las averías.

En la siguiente unidad didáctica se profundiza en el estudio de los equiposy materiales constituyentes de los sistemas frigoríficos, compresor,evaporador, condensador, dispositivos de seguridad y regulación,lubricantes y fluidos refrigerantes, estableciendo las características técnicasde cada uno de ellos, su función y su posición en la instalación.

Se prestará especial atención a las labores de mantenimiento, marcandolas pautas a seguir en caso de averías e identificando los posibles motivosde los fallos en el funcionamiento del sistema.



287



OBJETIVOS

Los temas desarrollados en la unidad didáctica “Equipos y materiales’’permitirán al alumno:

• Conocer los tipos, funcionamiento y características de :

- Compresores

- Evaporadores

- Condensadores

• Identificar los distintos dispositivos de seguridad y regulación, susprincipios de funcionamiento y actuaciones que ejercen sobre losdemás constituyentes.

• Conocer las partes constituyentes y funcionamiento de las torres derefrigeración.

• Distinguir los elementos auxiliares de los sistemas frigoríficos y susfunciones.

• Conocer los materiales empleados en las instalaciones frigoríficas,atendiendo al reglamento de Seguridad para Plantas e InstalacionesFrigoríficas, y los accesorios para la correcta ejecución de la instalación,como sujeciones, procesos de soldadura, aislantes térmicos y acústicos.

• Clasificar los lubricantes según su origen y propiedades, y conocerlas condiciones para su correcta manipulación.

• Distinguir los distintos tipos de refrigerantes, su clasificación, lasaplicaciones concretas de los distintos tipos, su manipulación asícomo la normativa por la que se rigen y la evolución que se estáexperimentando hacia refrigerantes menos contaminantes y máseficaces.

• Conocer las pautas a seguir en las labores de mantenimiento, lasoperaciones a realizar para detectar posibles averías y las técnicaspara reparación de equipos.

289

1. COMPRESORES

En este punto nos centraremos en el estudio del compresor frigorífico,porque aunque el evaporador se considera el elemento principal de unainstalación frigorífica, como generador de frío, el compresor, junto a laválvula de expansión, es el elemento mecánico más complicado y delicadode la instalación.

El compresor funciona como una bomba que hace circular el refrigeranteen el circuito de refrigeración. El compresor aspira los vapores producidospor la evaporación del fluido frigorígeno en el evaporador a una presióndébil, correspondiente a las condiciones de funcionamiento, y descargaen el condensador a una presión suficientemente alta para que el fluidocondense a la temperatura de las fuentes naturales (aire, agua).

1.1. Tipos de compresores

Basándose en el principio de funcionamiento se distinguen dos gruposprincipales de compresores:

• Compresores de desplazamiento positivo, o volumétricos.

• Compresores de desplazamiento cinético, o dinámicos.

Compresores de desplazamiento positivo, o volumétricos:

• Compresores alternativos:

- Ordinarios: verticales, horizontales y radiales.

- Especiales: de pistón seco, de laberinto, electromagnéticos.

• Compresores rotativos:

- De paletas.

- De excéntrica.

• Otros tipos:

- De tornillo.

- De membrana.

Compresores de desplazamiento cinético, o dinámicos:

• Compresores dinámicos:

- Centrífugos.

- Axiales.



290

Los compresores alternativos, los rotativos, los de tornillo y los demembrana comprenden los llamados compresores de desplazamientopositivo. El fluido frigorígeno sufre una verdadera compresión mecánica,pues la reducción volumétrica se realiza mediante un elemento quecomprime.

La compresión centrífuga se realiza gracias a la acción de la fuerzacentrífuga ejercida sobre los vapores atrapados durante la rotación deun rodete a gran velocidad, no poseyendo elemento que comprime.

Además de esta clasificación, todos los compresores, tanto los volumétricoscomo los dinámicos, se pueden clasificar en abiertos, semiherméticos yherméticos.

Un compresor de tipo abierto es aquel en el que el compresor y el motorde accionamiento están claramente diferenciados en dos carcasas. Loscompresores herméticos contienen el motor y el compresor en unamisma carcasa herméticamente cerrada, atravesando únicamente lasparedes de la carcasa la tubería de descarga que va al compresor, y la deaspiración que desemboca en la carcasa; así se evitan las posibles fugasde refrigerante.

Los de grupos semiherméticos son aquellos en los que el motor y elcompresor se encuentran en una sola carcasa accesible desde el exterior.Las juntas son la única diferencia entre los semiherméticos y los herméticos,calculadas y fabricadas para reducir a cero las fugas.

1.2. Compresores alternativos ordinarios

Es el tipo de compresor más difundido actualmente. En los compresoresalternativos, el elemento compresor, émbolo o pistón, se muevealternativamente, accionado por un sistema biela-manivela, dentro deun cilindro que contiene los vapores de refrigerante.

Sin embargo varían bastante los diseños, encontrándonos con compresorescon los cilindros, en V, W o estrella, con válvulas o no en los pistones,y con funcionamiento por cigüeñal o por excéntrica.



Compresor alternativo hermético Compresor alternativo semihermético

291

Los compresores alternativos ordinarios se clasifican en distintas categoríasdependiendo de:

• El número de caras activas del émbolo:

- De simple efecto, donde una sola cara del émbolo es activa.

- De doble efecto, con dos caras activas del émbolo, con doscompresiones por vuelta.

• La dirección de movimiento del émbolo:

- Compresores horizontales, cilindros colocados horizontalmente.

- Compresores verticales, cilindros colocados verticalmente.

- Compresores radiales, cilindros inclinados pudiéndose encontrardisposiciones en V (con dos o múltiplos de dos cilindros), en W( tres cilindros o múltiplos de tres), en VV (cuatro cilindros omúltiplos de cuatro)

• El movimiento del fluido en el cilindro en su expulsión:

- Compresores de tipo continuo, donde el vapor tiene el mismosentido que el fluido comprimido.

- Compresores de tipo alterno, en el que los sentidos son opuestosen las dos caras.

• La estanqueidad:

- Compresores de carter abierto, el sistema biela-manivela no estáaislado del exterior.

- Compresores de carter cerrado, el sistema biela manivela estáaislado del exterior.

• Numero de escalones en la compresión:

- Compresores simples: un único escalón.

- Compresores múltiples: más de un escalón.

• El ámbito de aplicación y potencia frigorífica:



Compresor alternativo

292

- Domésticos, de menos de 500 Kcal/h de capacidad frigorífica(siempre herméticos).

- Comerciales, entre 500 y 15.000 Kcal/h.

- Industriales, de más de 15.000 Kcal/h.

Funcionamiento de un compresor alternativo ordinario.

Descenso del pistón:

Consideremos el pistón en el punto más alto de su carrera, cuando acabade descargar el gas en la cámara de compresión. La cabeza del pistónno toca exactamente en el fondo del cilindro, pues hay que tener encuenta las dilataciones que pueden producirse, las holguras inevitables,etc. Por tanto, en su punto más alto la cabeza del pistón dista un espacio‘e’ del fondo del cilindro.

Este espacio se denomina ‘espacio perjudicial’ o ‘espacio muerto’. Enél quedan encerrados los gases a la presión de compresión. Cuando elpistón desciende, las dos válvulas están cerradas y el gas va ocupandomayor volumen, ya que va disminuyendo la presión. Esto sucede hastaque la presión en la parte superior del cilindro llega a ser ligeramenteinferior a la presión de la cámara de aspiración. En ese momento se abrela válvula de aspiración y el gas entra en el cilindro, pero éste ha recorridoun espacio ‘Se’.

Tanto el espacio perjudicial ‘e’ como la parte ‘Se’ de la cámara sonineficaces pues durante ellas no entra gas en el cilindro. Para que el gasentre, la presión en lo alto del cilindro debe ser ligeramente inferior ala de la cámara de aspiración y esto es debido a la inercia de las válvulas.Por tanto solo es útil la parte ‘Sv’ de la carrera.



Funcionamiento de un compresor alternativo

293



Ejemplo:

Calcular ‘Se’, es decir, el punto de apertura de la válvula sin tener encuenta la inercia de la misma, siendo el espacio perjudicial de uncompresor que tiene una carrera ‘S’ de 87 mm, de 0,8 mm. La presiónde descarga es de 5,8 bares; la presión de aspiración es de 1,54 bares.

Solución: Como la sección del cilindro es siempre la misma, los volúmenesson siempre proporcionales a las longitudes.

En los cálculos sólo se utilizan presiones absolutas:

Presión absoluta de descarga: 5,8 + 1,02 = 6,82 bares.

Presión absoluta de aspiración: 1,54 + 1,02= 2,56 bares.

Según la ley de Boyle-Mariotte:

y como los volúmenes son proporcionales a las longitudes

luego,

y

‘Se’ es el 15,2% de la carrera.

Subida del pistón

En el punto más bajo, el cilindro está, pues, lleno de gas a la presión deaspiración. Al iniciar la subida, la válvula de aspiración se cierra. El pistóncomprime el gas hasta que su presión llega a ser ligeramente superiora la presión de la cámara de compresión. Se abre entonces la válvula dedescarga y los gases pasan a la cámara de compresión y de ésta alcondensador.Por las mismas razones que cuando descendía el pistón lainercia de la válvula de compresión y la presión ejercida por su resorteretardan un poco el momento de la abertura. La posición del punto deapertura de la válvula de compresión se calcula aproximadamente igualque en el caso anterior.

Ejemplo:

Si las presiones de descarga y aspiración son las mismas que en el ejemploanterior, calcular el momento de la apertura de la válvula de descarga,sin tener en cuenta la inercia de la misma.

294



Solución:

‘Sa’ = Carrera del pistón antes de abrirse la válvula de descarga.

‘Sb’ = Carrera del pistón con la válvula ya abierta.

‘e’ = Espacio perjudicial.

Como los volúmenes son proporcionales a las longitudes, aplicando laley de Boyle-Mariotte se obtiene:

luego

y

1.3. Compresores alternativos especiales

Compresores de pistón seco con laberinto o con segmentos de plástico:

Los compresores de pistones secos o sin engrase son de concepción yrealización reciente aportando una solución al problema de la compresiónde un fluido sin estar contaminado por el aceite de lubricación delmecanismo de compresión. Es imposible, en efecto, sea o no miscible

Funcionamiento de un compresor alternativo

295



el fluido con el aceite de engrase, evitar el arrastre mecánico de esteúltimo y, en consecuencia, la contaminación del fluido que si en ciertamedida puede tolerarse en una instalación frigorífica, es por el contrariototalmente incompatible con ciertas utilizaciones particulares de los gasescomprimidos, particularmente en las industrias alimentarias.

Se pensó entonces en la construcción de compresores que no necesitaranlubrificación alguna entre el pistón y el cilindro y en los que ademásestos elementos estuviesen separados completamente del cárter,obteniéndose dos soluciones:

• El compresor de pistón seco con laberinto.

• El compresor de pistón seco con segmentos de plástico.

Compresor de pistón seco con laberinto ‘Sulzer’:

La solución adoptada en 1935 por la firma Sulzer; destinado a comprimiraire atmosférico, consiste en la realización de un compresor cuyo pistóncomprende una serie de gargantas circulares. Este pistón se desplazadentro de un cilindro liso; las fugas entre pistón y cilindro, normalmentelimitadas por los segmentos estancos, lo son aquí por las gargantas queforman un laberinto entre la parte superior del pistón y el carter delcompresor. Esta fuga mínima tiene además la ventaja de motivar elautocentrado del pistón en el interior del cilindro y de disminuir losrozamientos entre ambas piezas, deslizándose el pistón sobre un lechogaseoso interpuesto entre aquel y el cilindro. A mayor velocidad derotación menores son las fugas.

Tras estos primeros usos, los compresores de pistón seco pasaron alcampo de la refrigeración, empleándose con refrigerantes tales como R-22, R-13, etano, propano, etileno, amoniaco, etc.

Posteriormente, aparece el compresor de pistones secos con segmentosde plástico Quiri.

La diferencia esencial existente entre el compresor Sulzer y el compresorQuiri proviene del dispositivo utilizado para suprimir toda lubrificaciónentre pistón y cilindro. En el compresor Sulzer, la solución del problemaconsiste en el pistón especial de laberinto, mientras que en el compresorQuiri tenemos un pistón clásico, de aleación de aluminio con cincosegmentos: uno central, y a un lado y otro de éste, dos segmentos deestanqueidad. Estos segmentos son de tetrafluoretileno, material que seconoce mejor por el nombre de ‘teflon’ y que se caracteriza por suresistencia química excepcional, sus propiedades autolubrificantes y unbajo coeficiente de rozamiento. Estas notables propiedades se mejorantodavía con la adición de fibras de vidrio (resistencia mecánica), grafito(evacuación del calor de rozamiento), etc.

296



Actualmente, la mayoría de los compresores de pistón seco se construyencon segmentos de este material plástico.

En la figura se muestra la forma de un compresor de pistón seco y eldetalle de un pistón de laberinto a la izquierda, y otro con segmentos ala derecha.

Compresores electromagnéticos.

Este tipo de compresores se utiliza generalmente para frigoríficosdomésticos. Su velocidad de funcionamiento es igual a la frecuencia dela corriente alterna. Los compresores electromagnéticos constan de trescomponentes principales, fijados sobre un soporte en fundición ysuspendidos en una caja estanca de acero:

• Un motor síncrono constituido por un circuito magnético laminar,que lleva dos bobinados unidos a los bordes de la red de alimentacióny un imán.

• Un sistema oscilatorio mecánico constituido por una lámina resorteque lleva, encajado dentro de una aleación ligera, el imán, que puedepor tanto desplazarse según un movimiento pendular.

• Un componente aspirador-compresor que consta esencialmente deun cilindro fijo, un pistón llevado por el imán móvil y que permiteefectuar la aspiración, y una válvula de descarga.

Al conectar los bornes del compresor a la corriente alterna, se induceun flujo magnético en el núcleo del circuito magnético.

Este flujo magnético cambia continuamente de sentido con la corrientealterna y varía entre dos valores aproximadamente iguales y de signocontrario. Las variaciones de flujo tienen como consecuencia la aparición

Corte de un compresor de pistón seco. A la izquierda pistón con laberinto. A la derecha pistón con segmentos de plástico

297



Esquema de un compresor electromagnético

1.4. Compresores rotativos

Los compresores rotativos son también compresores volumétricos, yaque la compresión de los vapores aspirados se obtiene dentro de unrecinto de volumen variable. El elemento compresor puede ser de émboloo de paletas, y se encarga de reducir el volumen del espacio comprendidoentre el cilindro estator y el elemento mecánico que lo complete.

Estos compresores son de movimiento continuo, lo que permite hacerlosgirar a velocidades mayores que los compresores alternativos.

Se pueden utilizar tanto con todos los refrigerantes del tipofluorcarbonados como con amoniaco. Los mejores resultados se hanobtenido con fluidos cuya temperatura de ebullición, a presión atmosférica,es relativamente elevada (-5º C a +15º C).

de polaridades alternativamente norte y sur en las extremidades delimán, y por consiguiente, la aparición de una fuerza alternativa, segúnsu línea de desplazamiento.

El imán móvil se pone así en movimiento, arrastrando el pistón, quepuede entonces realizar su trabajo de compresión en el cilindro fijo,comprimiendo el fluido refrigerante aspirado directamente de la carcasa.

298



Estos compresores se fabrican en todas las potencias y puede conseguirseun vacío muy grande ya que su espacio perjudicial es prácticamentedespreciable.

En comparación con los compresores de pistón, los compresores rotativosson compactos, de construcción sencilla y con menos piezas. Además,los compresores rotativos tienen un excelente coeficiente de rendimientoy eficiencia.

Sin embargo exigen una gran precisión en la fabricación, ya que nocontienen juntas entre la alta y baja presión; por esta razón su campo deaplicación es la media presión. Otro inconveniente es que exigen unagran resistencia al desgaste entre las piezas en contacto, por eso el engrasetiene en estos compresores una gran importancia y se realiza a presión.

Existen dos tipos fundamentales de compresores rotativos:

• Compresores de paletas.

• Compresores de excéntrica.

Compresores de paletas

Los compresores de paletas están constituidos por un rotor ranuradocon varias paletas que se instalan a distancias iguales, introducido dentrode un cilindro de tal forma que en todo momento mantenga unageneratriz común con éste

Dichas paletas se mantienen constantemente apoyadas en el cilindro pormedio de resortes, y en determinados momentos merced a la fuerzacentrífuga desarrollada en la rotación.

El refrigerante procedente del evaporador pasa a través del orificio deaspiración o de succión, llenando el espacio comprendido entre elcilindro, el rotor y las dos paletas contiguas. Al girar el rotor, se vareduciendo el volumen de refrigerante comprimiéndose hasta llegar alfinal de la vuelta, descargándose entonces el gas comprimido por elorificio de descarga o de compresión hacia el condensador.

Este tipo de compresores rotativos requiere el uso de válvulas de controlen la línea de aspiración o de descarga, para evitar que el refrigerantede descarga regrese a través del compresor y de la tubería de aspiraciónal evaporador cuando el compresor está parado.

Compresor rotativo de paletas

299



Compresor de excéntrica

Consta de un rodillo cilíndrico de acero que gira sobre un eje excéntrico,montado éste concéntricamente con un cilindro. Debido al eje excéntrico,el rodillo cilíndrico toca sólo al cilindro a lo largo de una generatriz.

Al girar el eje, el rodillo se desliza alrededor de la pared del cilindro, enla dirección del sentido de giro del eje, manteniendo siempre contactocon la pared del cilindro.

Una paleta, montada en una ranura en la pared del cilindro, está siempreen contacto con el rodillo obligada por un resorte. La paleta se muevehacia dentro o hacia fuera en su ranura de alojamiento, según va girandoel rodillo. Esta paleta establece la separación entre la aspiración y ladescarga.

Cuando el rodillo está tangente al cilindro en el lugar de la paleta, todoel espacio comprendido entre el rodillo y el cilindro se llena de gasprocedente del evaporador. Este espacio va disminuyendo de volumena medida que el rodillo gira y la descarga se efectúa cuando el rodilloestá tangente al cilindro sobre el orificio de descarga.

En el paso de descarga existe una válvula de tipo de lengüeta que evitaque el gas comprimido regrese a la cámara del cilindro. Hay que resaltarque en este tipo de compresor la aspiración se hace de una maneracontinua.

1.5. Otros tipos de compresores de desplazamiento positivo

Compresores de Tornillo

Llamados también helicoidales por la forma en hélice de sus rotores, seutilizan, igual que los compresores centrífugos, para la obtención depotencias frigoríficas muy elevadas.

No emplean válvulas de aspiración ni de descarga, y la compresión delrefrigerante evaporado se obtiene en el espacio resultante entre los

Compresor rotativo tipo excéntrica

300



engranajes helicoidales de igual diámetro exterior montados dentro deun carter de fundición de alta resistencia.

El compresor de tornillo, compuesto por dos engranajes helicoidales,uno macho de perfil semicircular, con cuatro lóbulos, y el otro hembracon seis huecos (alveolos) de igual perfil, realiza la compresión de losvapores refrigerantes por la reducción volumétrica que se consigue enel espacio cerrado entre el carter y los huecos entre engranajes. En estacompresión el fluido es arrastrado tanto radial como axialmente.

El alveolo juega, muy aproximadamente, el papel de un cilindro cuyovolumen se reduce progresivamente en su lado delantero, mientras queel lóbulo realiza la función de pistón hasta que la rotación lo lleva frentea la boca de descarga.

Estos compresores deben ir provistos de separadores de aceite eficaces,ya que el enfriamiento se realiza por inyección de aceite en las diversaspartes de la misma, el cual, naturalmente, se mezcla con el refrigeranteaspirado. La inyección de aceite permite aumentar considerablementela estanqueidad interna del engranaje y alcanzar relaciones de compresiónde 1:20.

El compresor de tornillo combina las ventajas de los compresores dedesplazamiento positivo con la de los compresores centrífugos.

Compresores de membrana

Este compresor no tiene cierre de cigüeñal pues el fluido refrigeranteno penetra en el carter, ni en el cilindro.

El funcionamiento es el siguiente:

Un pistón descarga y aspira aceite bajo una membrana pistón deformablesujeta entre dos tapas. Esta membrana se apoya alternativamente en latapa superior y en la inferior, descargando y aspirando así el gas cadavez.

Componentes de un compresor de tornillo

301



Una bomba auxiliar movida por el cigüeñal envía aceite sobre el pistóny un limitador de presión regulable deja volver al cárter el aceite sobrante.

Los compresores de membrana se utilizan para pequeñas y medianaspotencias. Tienen la ventaja de suprimir la preocupación del retorno delaceite, ya que éste no se mezcla con el fluido, y de suprimir el cierre delcigüeñal, pero presenta el inconveniente de las posibles roturas de lamembrana.

1.6. Compresores centrífugos

Los compresores centrífugos o turbo-compresores no poseen un elementomecánico que realice la compresión de los vapores aspirados, sino quela compresión se debe a la fuerza centrífuga ejercida por la rotación aalta velocidad de los rodetes.

El compresor centrífugo emplea el aumento de la energía cinética delfluido, obtenida al utilizar la fuerza centrífuga provocada por la granvelocidad periférica en que el fluido sale de los alabes del rotor, velocidadque al pasar seguidamente a través de un difusor, con la consiguientecaída de velocidad, obtiene, como contrapartida, un aumento de presión.

Dichos compresores consisten fundamentalmente en una serie de rodetes,montados sobre un eje de acero y encerrados en una cubierta de hierrofundido. El número de rodetes empleados depende de la presión finala la que haya que someter al gas. Lo más corriente son compresores condos, tres y cuatro rodetes.

Los rodetes, consisten en dos discos, con varias palas o alabes montadosradialmente entre ellos. Para resistir la corrosión y la erosión, las palasdel rodete se construyen de acero inoxidable, o de acero con una capade plomo. El principio de funcionamiento de estos compresores es elsiguiente: el gas a baja presión procedente del evaporador se introducepor el centro del rotor. Al llegar al primer rodete es expulsado radialmentehacia fuera, entre las palas de éste, por acción de la fuerza centrífuga,y es descargado desde los extremos de los alabes a la cubierta delcompresor a alta velocidad, aumentando así su temperatura y su presión.Los vapores son recogidos por difusores diseñados en la cubierta con elfin de realizar la conversión de la energía cinética en energía de presión,y conducidos al centro del segundo rodete y así sucesivamente, hasta queen el último paso son conducidos a la cámara de descarga. Desde allívan al condensador.

Los alabes de pre-rotación permiten, merced a la modificación pormedios neumáticos o electrónicos del ángulo de entrada del refrigeranteevaporado en el interior del rodete, obtener en cada posición de dichos

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alabes una potencia frigorífica distinta, desde un 10 a un 100 % de suvalor nominal.

El rotor de estos compresores suele estar compuesto de varios rodetes,por lo que también el estator constará de varios difusores, en los que,progresivamente, se irá aumentando la presión.

Sus ventajas principales son que ocupan un espacio reducido (a igualdadde condiciones de funcionamiento, a mayor velocidad de rotaciónmenores dimensiones), y la ausencia de vibraciones debido al equilibradoriguroso de las partes rotativas, aunque las más importantes consisten enla facilidad de variación de la potencia frigorífica, como se ha indicadoanteriormente, y al hecho de que el refrigerante permanece en elcompresor totalmente puro, sin trazas de aceite ni de refrigerante enestado líquido, que provocarían un efecto rápido de erosión en los alabes.

La velocidad de giro puede variar de 3.000 a 25.000 revoluciones porminuto, lo que implica velocidades periféricas de 150 a 250 m/s, y algunasveces supersónicas. El accionamiento del compresor para alcanzar estasvelocidades, salvo en el caso de que se obtengan por medio de unaturbina de vapor, exige un multiplicador de velocidad, generalmenteincorporado al compresor.

Los compresores centrífugos se pueden subdividir en dos grupos. Losde acción, que serán aquéllos en los que no se produce variación depresión en los alabes del rodete; y los de reacción, cuando el diseño delos alabes es tal (radial o curvado hacia atrás) que se produce un aumentode presión dentro del rodete. Este último es el caso más normal.

Se llama grado de reacción a la relación entre la energía de presióngenerada en el rodete y la energía de presión total conseguida. Elcompresor centrífugo es una máquina de gran simplicidad mecánica,constando solamente de elementos en rotación y estáticos, lo que le dagran seguridad y duración.

En este tipo de compresores es aconsejable utilizar refrigerantes conpresiones de vapor pequeñas y gran peso específico, debido a que laenergía comunicada por el rodete no sólo es función de su velocidad,para un rodete dado, sino también de la densidad del vapor del fluidorefrigerante desplazado.

Esquema compresor centrifugo

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Los rendimientos conseguidos en los compresores centrífugos sonrelativamente altos, 70-80 %. Los bajos rendimientos que a veces seproducen son casi siempre debidos a turbulencias y fricciones del fluidorefrigerante.

Compresores axiales

El funcionamiento del compresor axial se basa en comunicar a los vaporesde refrigerante una determinada energía cinética que después setransforma en energía estática o de presión.

La única diferencia con los compresores centrífugos es el sentido delmovimiento del fluido al comprimir, no en el modo de producir lapresión.

1.7. Aplicaciones de los diferentes tipos de compresores

En la siguiente tabla se indica qué tipo de compresor se debe seleccionar,en función de la potencia que se desee obtener (dependiendo del rangode temperaturas de trabajo), y de las posibilidades de regulación de dichapotencia.

1.8. Partes constituyentes de un compresor

Para estudiar las partes constituyentes de un compresor se ha elegido uncompresor alternativo, por ser el tipo de compresor más utilizado.

Las partes principales de este tipo de compresores son:

• Cárter: depósito de aceite lubricante donde se mueve el cigüeñal ylas bielas.

• Cilindro: alojamiento cilíndrico del émbolo.

• Embolo o pistón: elemento compresor móvil, en los cilindros.

• Segmentos: aros colocados en el pistón que aseguran la estanqueidadentre el émbolo y las paredes del cilindro.

Rango potencia (rango temperatura) Velocidad de Giro Regulación Potencia

<600.00 frig/h (-40ºC/-10ºC)600.000 frig/h (-10ºC/25ºC)Alternativo200.000 frig/g (-30ºC/25ºC)

1500-3000 r.p.m1000%-0% exceptolos de pistón seco100%-50%

Rotativo 600.00 frig/h (-40ºC/-10ºC) 600-2800 r.p.m 100%-50%2x106 frig/h (-10ºC/25ºC)Tornillo106 frig/h (-30ºC/30ºC)

3000-30.000 rpm 100%-10%

24x106 frig/h (+1ºC/35ºC)Centrífugo2,5x106 frig/h llegando a -45ºC

3000-25.000 rpm 100%-10%

Tipo de compresor

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• Bulón o eje del émbolo: articulación entre la biela y el pistón.

• Biela: acciona el pistón y transforma el movimiento de rotación delcigüeñal o de la excéntrica en movimiento alternativo.

• Cigüeñal: elemento dotado con movimiento de rotación y accionadopor la máquina motriz y en cuyos cuellos van fijadas las bielas.

• Excéntrica: un eje de rotación y una excéntrica sustituyen al cigüeñalen algunos compresores, principalmente en los pequeños.

• Cojinetes principales: son los apoyos del eje o cigüeñal.

• Válvulas de aspiración y de impulsión: controlan el paso del refrigeranteal compresor. Junto con el cierre del cigüeñal, son las partes másdelicadas del compresor.

• Cierre del cigüeñal: impide las fugas del fluido refrigerante y delaceite y las entradas de aire al cárter por el orificio de salida delcigüeñal.

• Cabeza del cilindro: base superior del cilindro. Contiene la placa deválvulas y el resorte de seguridad de las válvulas de compresión.

• Volante: hace girar el compresor por medio de la transmisión de unao más correas que conectan con la polea del motor.

• Elementos accesorios: camisas de agua o aletas de enfriamiento. By-pass (comunicación entre la aspiración y la impulsión que permiteel arranque en vacío del compresor). Resorte de seguridad (el resorteque en caso de sobrepresión puede levantarse). Presostatos deseguridad, conexiones para los manómetros, porta-termómetros,filtro, nivel de aceite, bomba de aceite, válvula de servicio.

A continuación vamos a desarrollar más detenidamente algunos de estosconceptos:

Cuerpo del compresor

Es un bloque de hierro fundido que precisa ser de primera calidad,finísimo y exento de poros, con aleación especial de semiacero. Constade una o dos partes; en este último caso, una para el bloque de cilindrosy la otra (cárter) para el alojamiento del eje. Cuando forma un solobloque lleva una tapa en la parte inferior para facilitar el acceso a lasbielas y pistones en caso de avería.

Cuerpo compresor

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Los compresores con cigüeñal llevan en el lado del volante una tapalateral, donde va alojado el prensaestopas, que permite la colocación delcigüeñal. Esta tapa no se precisa en los compresores de excéntrica, detalleque permite distinguir ambos modelos. En algunos modelos decompresores, dicha tapa, en lugar de ir al lado del volante, sirviendo dealojamiento al prensaestopas, se halla al otro extremo, cumpliendo lamisma finalidad de facilitar la colocación del cigüeñal.

Las paredes de los cilindros son rectificadas y pulidas a espejo contolerancias muy rigurosas.

La parte exterior de las paredes de los cilindros adopta la forma de aletas,a fin de aumentar la superficie de radiación del calor producido por lafricción de los pistones y las paredes de los cilindros. Algunas marcas decompresores emplean «camisas», cuyas paredes interiores son tambiénrectificadas y pulidas, que se insertan en el cuerpo de cilindros, facilitandoasí su reparación que se limita a la sustitución de dichas «camisas».

En el cuerpo del compresor se hallan los cojinetes de rozamiento delcigüeñal o excéntrica. La mayor parte de los compresores van equipadoscon cojinetes de bronce fosforoso. En los compresores del tipo deexcéntrica, los dos cojinetes se hallan en la misma carcasa o cuerpo y nopueden desequilibrarse. En los modelos de cigüeñal, uno va en la carcasay el otro en la tapa lateral, por lo que al montar el compresor debetenerse en cuenta el perfecto ajuste y alineación de ambos cojinetes.

Las superficies de rozamiento de los cojinetes están ranuradas de formaque permitan una distribución uniforme y completa del aceite lubricante.En gran parte de compresores hay una bola-tope que se aloja entre unaconcavidad del eje-cigüeñal y de la tapa del cojinete posterior (ladoopuesto al del volante) y sirve para impedir el movimiento axial del eje.

Cigüeñal y excéntrica

Los cigüeñales que se emplean en los compresores son similares enapariencia y construcción a los usados en los motores de automóvil. Seconstruyen normalmente de acero estampado, de hierro forjado onodular, de aleación y dureza especiales, con las superficies de rozamientocompletamente rectificadas y pulidas. Pueden ser sencillos o dobles,según el compresor sea de uno o dos cilindros.

El eje del cigüeñal está perfectamente balanceado a fin de evitar la máspequeña vibración. Los del tipo sencillo llevan contrapeso, lo que noocurre generalmente en los dobles.

El cigüeñal lleva una parte cementada, donde se ajusta el prensaestopas,con el que forma un cierre hermético. Va asimismo provisto de unaranura para obtener una lubricación adecuada en este punto.

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Su forma tiene diseño especial, posee varios cuellos donde se ajustan lascabezas de las bielas.

Los cigüeñales de los compresores cuyos cilindros están en línea, poseenun cuello por cada cilindro, pero cuando los cilindros están en V, W, oestrella, poseen un cuello para varios cilindros.

Las excéntricas se componen de un eje recto en el que se ajusta laexcéntrica. Puede ser sencilla o doble, según el número de cilindros; enel primer caso lleva contrapeso, mientras que en el segundo, al ser doble,ella misma actúa de contrapeso.

La excéntrica está formada por dos cilindros excéntricos de hierrofundido. En el centro lleva un orificio por donde pasa el eje de rotación.

La excéntrica esta sujeta al eje mediante tornillos y chavetas, con lo quese consigue que ambas piezas formen un solo cuerpo.

El sistema de cigüeñal se emplea en compresores de potencia mayor de10.000 frigorías, mientras que las excéntricas se utilizan para compresoresde potencia menor.

Bielas

Las bielas conectan los pistones con el eje del cigüeñal o con la excéntricay forman el brazo de empuje del pistón, transformando el movimientode rotación del eje en el movimiento de vaivén del pistón.

Conviene que sean muy ligeras, pero a la vez que sean resistentes ysoporten la fuerza sobre la cabeza del pistón. En la actualidad, debidoa la velocidad de los compresores, y como consecuencia del mayor

Imagen de cigüeñal

Imagen de eje y excéntrica

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número de cilindros y dimensiones reducidas, las bielas se construyencon materiales ligeros y resistentes.

En los compresores, generalmente se usan dos tipos de bielas:

• Las que se usan con el eje cigüeñal.

• Las que se usan con excéntricas.

En las que se usan con eje cigüeñal, la cabeza de biela está divida en dosmitades para poder acoplarle el cuello del cigüeñal. Las bielas deexcéntrica tiene la cabeza de una sola pieza.

Al montar las bielas debe tenerse en cuenta que un ajuste demasiadofuerte sobre el cigüeñal causaría una sobrecarga en el motor, con elconsiguiente exceso de consumo del mismo y un recalentamientoinnecesario del compresor.

En las excéntricas, la biela puede moverse libremente a un lado sobrela excéntrica, debido a la gran superficie de rozamiento que existe entreambas. Debe tenerse cuidado, cuando se desarma un compresor de estetipo, de anotar la relación exacta entre la biela y la excéntrica.

Pistones

Elemento compresor móvil; normalmente son de hierro fundido especial,aunque últimamente, y en especial en los compresores que empleanrefrigerantes halógenos (R-12, R-22, R-502 y los nuevos HFC) y quetrabajan a velocidades altas, se utilizan ya pistones de aleaciones dealuminio.

Biela para cigüeñalBiela para excéntrica

Esquema de pistones

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Generalmente van equipados con segmentos rectificados que aseguranuna perfecta hermeticidad con el cilindro. De todos modos, aunquepocos, existen algunos modelos que no llevan segmentos en los pistones,los cuales van dispuestos con ranuras en sustitución de aquéllos. Estospistones sin segmentos se emplean en los compresores que trabajan avelocidades altas.

Segmentos

Los segmentos se emplean para formar un cierre hermético entre elpistón y el cilindro. Van alojados en unas ranuras practicadas en el pistóny su número varía entre dos y cuatro.

Los segmentos están construidos de hierro fundido y deben manejarsecon el mayor cuidado, especialmente cuando se sacan del pistón, a finde evitar su rotura.

Pueden ser de compresión o de engrase, siendo de distinta forma. Lossegmentos de engrase están colocados debajo de los de presión, o sea,en la parte inferior del pistón. Estos segmentos llevan practicadas unasranuras que se encargan de distribuir el aceite en el cilindro.

Eje de pistones o bulones

Articulación entre la biela y el pistón; en refrigeración son de aceroendurecido o esmerilado, con tolerancias muy rigurosas.

Las tres modelos de sujeción a las bielas son:

• El modelo 1 es el más usado, y además se utiliza también en losmotores de automóviles; es el modelo que está ranurado en el centroy va sujeto a la biela; las superficies de rozamiento se hallan en elpistón.

Esquema de segmentos

Sujeción de bulones a las bielas

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• El modelo 2 va ajustado fuertemente al alojamiento del pistón y sefija en la biela por medio de un pasador, con la superficie derozamiento en la misma biela.

• El modelo 3 no va sujeto y puede moverse libremente, tanto en labiela como en el pistón. Lleva unos tapones de latón en los extremospara no rozar los cilindros.

Camisa del cilindro

La camisa del cilindro es una pieza de forma cilíndrica rectificadamecánicamente, dentro de la cual se desliza el pistón.

La camisa se usa generalmente en compresores de gran potencia; en losde pequeña y mediana potencia el cilindro está situado en el mismobloque.

En los compresores que usan camisa ésta se aloja en el cuerpo compresory lleva una pestaña en la parte superior para fijarla al bloque. La sujeciónse realiza por medio de tornillos que roscan en el bloque; en algunoscompresores dicha sujeción se realiza por presión.

Si la refrigeración del cilindro se realiza por agua, la camisa está construidacon una doble superficie envolvente, y el agua circula entre la superficieexterior y la interior, disipando el calor producido por el deslizamientodel pistón y la compresión.

Si la refrigeración se realiza por medio de aire, la parte exterior de loscilindros suele llevar aletas.

Plato o placa de válvulas

El plato de válvulas es un elemento en el que van situadas las válvulas dedescarga unas veces y las de aspiración y descarga otras.

Camisa cilíndrica

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En los compresores en los que el refrigerante entra y sale del cuerpo através de los pistones, éstos van equipados con válvulas; en este caso, laválvula de succión (válvula de pistón) que da paso al refrigerante evaporadoen el movimiento de descenso del pistón, va alojada en el mismo pistón,y la válvula de descarga en el plato.

En otros modelos, tanto las válvulas de aspiración como las de descargavan montadas en el plato. Una de las ventajas de este sistema frente alsistema con válvulas de pistón es que el refrigerante no circula a travésdel cárter, reduciendo el bombeo de aceite.

Las válvulas de aspiración van colocadas en la parte inferior y las dedescarga en la parte superior de la placa. El conjunto va colocado entrelos cilindros y la culata. Encima de la placa se coloca la culata con lo cualse cierra todo el mecanismo del plato de válvulas.

Válvulas de descarga

Tienen dos funciones: primero mantener un cierre hermético entre laparte alta y baja del sistema, durante el ciclo de parada, evitando que elrefrigerante descargado retroceda de nuevo a la cámara del cilindro.Este cierre mantiene la presión de alta necesaria en el depósito de líquido.En segundo lugar, abrirse a cada pistonada, cerrándose al completar lacompresión, para evitar el retroceso de gases cuando el pistón desciende.

Existen varios tipos de válvulas de descarga. El que se emplea másgeneralmente es el tipo de disco, otros tipos adoptan variadas formas:de lengüeta, de cruz, romboides, etc.

Válvulas de succión

Como se ha indicado anteriormente, las válvulas de succión (no las depistón) van colocadas en el mismo plato que las de descarga accionandoen sentido opuesto a aquéllas. Su función es la de dar paso al refrigeranteevaporado en el movimiento de descenso del pistón, cerrándose cuandoéste sube.

Plato o placa de válvulas

Tipo de válvulas de descarga

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Culata

La culata es una pieza cuya misión es cerrar la parte superior de loscilindros y separar los vapores procedentes de la vaporización de los dedescarga.

Al igual que el cuerpo del compresor, la culata es de hierro fundido yse encuentra encima mismo del cilindro y plato de válvulas.

La culata está asegurada a los cilindros por medio de tornillos y llevaentre los cilindros y ella una junta que asegura el cierre hermético. Puestoque la culata se halla en la parte de alta presión del sistema, las tuercasde fijación de la misma deben ir fuertemente apretadas a fin de evitartoda fuga de refrigerante a través de las juntas entre el plato de válvulasy culata.

En los compresores de mediana y gran potencia la culata suele estarrefrigerada por agua.

Cierre del cigüeñal (prensaestopas)

El prensaestopas tiene la función de conseguir un cierre hermético entrela atmósfera y el interior del compresor, justo en la zona del cárter dondeel árbol sale al exterior para su accionamiento por medio de un motor.Este orificio, si no se cierra convenientemente, pueda dar lugar a fugas.

En los compresores herméticos este problema no existe puesto que elmotor eléctrico y el compresor, acoplados directamente, están encerradosherméticamente en una campana.

Los dos tipos fundamentales de prensaestopas son los siguientes:

• Prensaestopas tipo de fuelle.

Tipos de válvulas de succión

Esquema de compresor donde se indica pistón, segmentos, cilindro, válvulas, placa y culata.

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• Prensaestopas de diafragma.

Prensaestopas tipo de fuelle

Están constituidos esencialmente por un fuelle de lumbaga (metal a basede cobre) de espesor variable.

Existen dos clases de prensaestopas de tipo fuelle, los de tipo fijo, y losgiratorios.

Prensaestopas de tipo fuelle fijo:

Este tipo de prensaestopas se llama fijo porque no gira simultáneamentecon el cigüeñal, sino que permanece inmóvil.

El fuelle está soldado por una parte sobre un disco plano, aprisionadoentre la tapa y el cárter, y por la otra, sobre un anillo de bronce especialque hace junta sobre el saliente rectificado del eje. Un resorte apoyadosobre la tapa empuja el anillo contra el eje. El conjunto disco, fuelle,resorte, anillo, es fijo y el cierre se hace entre el anillo y el eje que gira.

Los compresores que emplean este tipo de prensaestopas llevan uncojinete en el extremo opuesto del eje del cigüeñal, cuyo objeto esproveer una superficie de rozamiento a la fricción causada por la presióndel resorte.

Con el fin de evitar que se desgaste el saliente del eje sobre el que frotael anillo de bronce, se coloca otro anillo(collar de cierre) apoyando ono sobre otro anillo en caucho sintético.

El resorte puede ser interior o exterior al fuelle, según el diámetro deeste último. En los prensaestopas con el resorte exterior al fuelle seconsigue eliminar la posibilidad de ruido o silbido que pudiera producirsepor fricción con el eje del cigüeñal.

Prensaestopas de tipo fuelle giratorio:

Otro tipo de prensaestopas es el giratorio que forma un sello entre el

Prensaestopas de tipo fuelle fijo con resorte interior.

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casquillo y una superficie trabajada a máquina en la carcasa del compresor,llamada placa de alojamiento.

La segunda junta se forma entre el asiento del cigüeñal y la pestaña delfuelle por medio de una tuerca roscada que aprieta fuertemente elprensaestopas al eje con el que gira a la vez.

Prensaestopas tipo fuelle giratorio

Prensaestopas de diafragma:

Los prensaestopas de diafragma utilizan el mismo principio general quelos de fuelle, en lo que se refiere al casquillo de bronce que efectúa elsello contra el asiento del cigüeñal. No emplea, sin embargo, el resorteque se halla colocado en el extremo opuesto del cigüeñal en el cárter.

Volante

Va acoplado al eje del cigüeñal o excéntrica y hace girar el compresorpor medio de la transmisión de una o más correas que conectan con lapolea del motor. El volante se sujeta al extremo del eje por medio deuna tuerca.

Prensaestopas de diafragma

Volante Polea del motor

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En algunos compresores, el volante va provisto de unas palas en susradios, para ayudar la ventilación sobre el condensador de aire.

1.9. Ciclo de un compresor. Dimensionamiento y rendimientode un compresor

Como hemos indicado al iniciar el estudio de las partes constituyentesde un compresor, el punto que vamos a desarrollar también hablará delos compresores alternativos, aunque los distintos conceptos aquí expuestospueden ser aplicados a cualquier tipo de compresor, siempre que setengan en cuenta las diferencias que puedan existir entre ellos.

Ciclo de compresión teórico: (Diagrama de P-V)

Vamos a identificar sobre el diagrama de P-V los puntos característicosdel ciclo de compresión teórico:

Fase de compresión:

Consideremos el pistón al final de su carrera de aspiración, PUNTO 1;el cilindro se encuentra totalmente lleno (longitud O1’ sobre las abscisasdel diagrama) de los vapores aspirados a la presión de aspiración (Pa).Al iniciar el émbolo la carrera de compresión (segmento 12) las válvulasde aspiración y descarga cierran, y el volumen de gas disminuye mientrasel émbolo asciende en el cilindro, aumentando constantemente la presión,hasta que la presión dentro del cilindro es ligeramente superior a lapresión de descarga (Pd), PUNTO 2.

Fase de descarga:

En el PUNTO 2, la válvula de descarga se abre y los vapores comprimidosse escapan (segmento 23) hasta que el émbolo alcanza su punto muertosuperior, PUNTO 3.

Ciclo teórico de compresión

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Comprobamos entonces que entre lo alto del émbolo y el fondo delcilindro, queda un espacio lleno de vapores a la presión de descarga(Pd), que el émbolo no desplaza nunca, el llamado espacio muerto(longitud O3’ sobre las abscisas del diagrama). Espacio necesario comoconsecuencia de las tolerancias en los ajustes y la dilatación de las piezasen movimiento para que el émbolo no golpee las válvulas.

Fase de reexpansión:

El émbolo comienza su carrera de descenso (segmento 34), la válvula dedescarga cierra de nuevo sobre su asiento, pero la válvula de aspiraciónpermanece cerrada, y no abrirá hasta que la presión de los vaporescontenidos en el espacio entre el émbolo y el plato de válvulas sealigeramente inferior a la presión de aspiración (Pa), PUNTO 4. Lanecesidad mecánica de reservar el espacio muerto, provoca un retrasoen la aspiración, logrado por el freno que constituye el volumen delvapor contenido en dicho espacio al terminar la compresión. Comohemos dicho, la válvula de aspiración no abre hasta que la presión dentrodel cilindro es inferior a la presión de aspiración, cuanto mayor es elespacio muerto, más vapor queda a alta presión contenido en dichoespacio, y más tarde alcanzamos la presión a la cual abre la válvula deaspiración por necesitar más volumen para reducir la presión dentro delcilindro. Dicho incremento de volumen que provoca la disminución dela presión por debajo de la presión de descarga es la longitud 3’4’ en eldiagrama (volumen reexpandido de los vapores que ocupaban el espaciomuerto).

Fase de aspiración:

Con la válvula de aspiración abierta, el émbolo continúa su carrera dedescenso, llenando el cilindro con los vapores aspirados hasta alcanzarel PUNTO 1.

El volumen útil que se llena con los vapores aspirados es la longitud 4’1’sobre el eje de abscisas del diagrama.

Retraso en la apertura de las válvulas de aspiración y descarga.

Las válvulas de los compresores empleados en la industria frigoríficaabren y cierran a impulsos de magnitudes internas, diferencia de presiones,ya que esta forma de trabajo permite controlar las presiones a las queoperan evaporador y condensador.

Como ya hemos dicho, la presión dentro del cilindro debe ser ligeramenteinferior a la presión en la línea de aspiración )( aa pP ∆− para así vencerla tensión del resorte de la válvula de aspiración y que la válvula puedadescender.

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Esto quiere decir que el vapor, al entrar en el cilindro, sufre una expansióna su paso por el orificio dentro de la válvula de aspiración. La presióndentro del cilindro mientras dura la aspiración es inferior a la existenteen la línea de aspiración.

Al expansionarse el vapor que entra en el cilindro, el volumen admitidodentro del cilindro disminuye, pues parte de la carrera teórica deaspiración del pistón se emplea en expansionar el gas desde )( aP hasta

)( aa pP ∆− .

Por la misma razón, hasta que la presión en el cilindro no sea )( dd pP ∆+ ,es decir ligeramente superior a la existente en la línea de descarga, laválvula de descarga no abre y el gas no sale del cilindro hacia elcondensador. Esto significa que los gases encerrados en el espacio muertose encuentran a una presión superior a la )( dP , con lo cual el volumenreexpandido de los gases contenidos en el espacio muerto debe sermayor, disminuyendo el volumen admitido en el cilindro.

Tanto el retraso en la apertura de la válvula de aspiración como el retrasoen la apertura de la válvula de descarga produce una disminución delvolumen útil de los vapores aspirados en el cilindro.

La cilindrada C de un compresor es el volumen desplazado por lospistones en su carrera de aspiración en un giro del eje-manivela, y esfunción de:

• Diámetro de los cilindros (D)

• Carrera de los pistones (L)

• Numero de cilindros (N)

El volumen teórico desplazado por el compresor (Vt) es función de lacilindrada (C) del compresor, magnitud puramente geométrica, y de lavelocidad de rotación(n en r.p.m).

Si multiplicamos el volumen teórico desplazado por el compresor porla densidad del refrigerante en las condiciones de aspiración (condicionesen el evaporador), se obtiene el caudal másico del refrigerante.

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Si se conoce el efecto frigorífico por cada unidad de masa de refrigeranteque circula por el evaporador, se puede obtener la capacidad derefrigeración teórica del compresor.

siendo:

Qt = Capacidad de refrigeración teórica del compresor (Kcal/h)

= Densidad del refrigerante en las condiciones de operación, aspiración(Kg/m3)

= Entalpías del vapor y del líquido en las condiciones de operacióndel evaporador (Kcal/Kg).

La capacidad refrigerante de cualquier compresor (Kcal/h) es el productodel caudal másico refrigerante que trasiega por el compresor (Kg/h)por el efecto refrigerante (Kcal/Kg) del fluido frigorífico en las condicionesde operación del sistema frigorífico.

Si se compara la capacidad real de refrigeración de un compresor conla capacidad teórica podemos llegar a la conclusión de que la capacidadreal siempre es menor a la teórica

Si retomamos la ecuación con la que hemos calculado la capacidad derefrigeración teórica del compresor, y analizamos los términos queintervienen en ella, podemos comprender por qué la capacidad real deun compresor es siempre menor que la capacidad teórica.

La capacidad teórica del compresor es proporcional al volumen teóricodesplazado (magnitud puramente geométrica). Si volvemos al diagramade P-V del ciclo de un compresor, este volumen teórico coincide con lalongitud O1’, siendo el volumen útil aspirado la longitud 4’1’, inferiora O1’, debido al espacio muerto, al volumen reexpandido de los vaporescontenidos en el espacio muerto, y al retraso en la apertura de las válvulasde aspiración y descarga, como ya hemos explicado.

Otro factor que aparece en la ecuación, es la densidad del refrigeranteen las condiciones de aspiración. La densidad del vapor dentro delcilindro (tras la aspiración) siempre es menor que la densidad del vaporen la tubería de aspiración.

Evidentemente, si el volumen real aspirado es inferior al teórico, y ladensidad del refrigerante tras la aspiración es menor que en las condicionesde aspiración, la capacidad real de refrigeración es siempre menor a lacapacidad teórica de refrigeración.

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Esta discrepancia entre capacidad teórica y real lleva a definir elrendimiento volumétrico teórico de un compresor:

Se define como rendimiento volumétrico teórico de un compresor eldebido esencialmente a su espacio muerto. Por esta razón variará conla cantidad de este espacio y con las presiones de aspiración y descarga.

El rendimiento volumétrico teórico se puede calcular estableciendo unarelación entre el volumen real de vapor aspirado y el volumen teóricodesplazado por el émbolo, o bien, una relación carrera útil a carreratotal.

Cuanto mayor es el espacio muerto, menor es el volumen real aspiradoya que la cantidad de gases que ocupan ese espacio a alta presión esmayor, y necesitan mayor volumen para reexpandirse, disminuyendo elrendimiento volumétrico teórico.

El volumen reexpandido de los gases que ocupan el espacio muerto esfunción de dicho espacio, pero para un espacio muerto dado, cuantomayor es la diferencia entre la presión de descarga, y la presión deaspiración, mayor es el espacio reexpandido, con lo cual menor es elvolumen real aspirado, y menor es el rendimiento volumétrico.

Cuanto mayor es la presión de descarga, a más presión se encuentranlos gases en el espacio muerto, y más volumen necesitan los gases paraalcanzar una presión inferior a la presión de aspiración.

A menor presión de aspiración, más tienen que reducir los gases supresión (más volumen necesitan) para que la válvula de aspiración seabra.

Cuando las presiones de aspiración y descarga varían se puede incrementarla eficiencia volumétrica del compresor y la capacidad frigorífica real delmismo.

Se llama relación de compresión a la que existe entre la presión absolutade descarga (Pd) y la presión absoluta de aspiración (Pa).

Existen relaciones matemáticas que permiten calcular el rendimientovolumétrico teórico en función de la relación de compresión y de larelación entre el volumen del espacio muerto y el volumen desplazadopor el pistón.

donde

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siendo:

= espacio muerto

= volumen desplazado por el pistón

= presión de descarga

= presión de aspiración

= calor específico a presión constante

= calor específico a volumen constante

Disminuyendo la relación de compresión de un compresor, podemosaumentar el rendimiento volumétrico teórico del compresor, y aumentarla potencia frigorífica real del compresor.

Además de las pérdidas volumétricas reseñadas, existen otros factoresque limitan el volumen de vapor comprimido en cada movimiento delpistón, disminuyendo el rendimiento volumétrico real.

Factores que influyen en el rendimiento volumétrico real de un compresor:

Temperatura de las paredes del cilindro. Los vapores aspirados, al entraren el cilindro, se ponen en contacto con las paredes, las cuales seencuentra calientes, lo que produce una expansión de los vaporesaspirados. Esta expansión de los vapores al entrar en el cilindro reduceel volumen real aspirado, disminuyendo el rendimiento volumétrico delcompresor. Además, el calentamiento del cilindro es mayor cuanto mayores la relación de compresión.

Fugas a través de las válvulas alrededor del pistón. Estas fugas reducenel volumen de vapor impulsado. Fugas alrededor del pistón son muypoco frecuentes, en cambio existen retrocesos y fugas en las válvulas, yaque es difícil diseñar válvulas que cierren instantáneamente. Cuantomayor es la relación de compresión, mayores son las fugas a través deválvulas. Estas fugas disminuyen con la velocidad del compresor.

Disminución de las áreas a lo largo del circuito del refrigerante. Estadisminución produce una pérdida de presión por fricción, tanto internacomo externa, en función de la velocidad del refrigerante a través de loselementos del circuito (válvulas, tuberías...). A mayor velocidad delrefrigerante, mayores pérdidas por fricción.

La velocidad del refrigerante al atravesar las válvulas, dependerá de lasección de las válvulas, del refrigerante utilizado, y de la velocidad delcompresor. A mayor velocidad del compresor, mayor velocidad delrefrigerante, y para refrigerantes con mayor volumen específico, y menorcalor latente, mayores pérdidas de carga.

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Como acabamos de ver, existen otros factores que varían el volumen realaspirado; para tener en cuenta estos factores no incluidos en el rendimientovolumétrico teórico, aparece otro término cuyo producto con el anteriorda lugar al rendimiento volumétrico real:

El rendimiento volumétrico real es función del rendimiento volumétricoteórico y de unos factores anteriormente descritos, incluidos en el término

.

Con lo cual, podemos decir que el rendimiento volumétrico real esfunción de los siguientes parámetros:

Diseño del compresor:

Espacio muerto: a mayor espacio muerto, menor rendimiento volumétricoteórico.

Diseño de válvulas, tuberías…; a mayor estrangulamiento, mayorespérdidas por fricción, menor .

Relación de compresión:

A mayor relación de compresión, menor rendimiento volumétrico teórico.

A mayor relación de compresión, mayor temperatura en las paredes delcilindro, menor volumen aspirado, menor .

A mayor relación de compresión, mayores son las fugas a través de lasválvulas, menor volumen impulsado, menor .

Velocidad del compresor:

A menor velocidad del compresor, mayores fugas a través de las válvulas,menor volumen impulsado, menor .

A mayor velocidad del compresor, mayor velocidad del refrigerante,mayores pérdidas por fricción, menor .

Tipo de refrigerante:

Mayor volumen específico, mayores pérdidas por fricción, menor .

Menor calor latente, mayores pérdidas por fricción, menor .

El rendimiento volumétrico teórico es medible para un compresor yunas condiciones de funcionamiento, pero no ocurre lo mismo con quehabrá que determinarse en función del rendimiento volumétrico teóricoy real.

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Las desviaciones del ciclo de compresión se pueden determinar de formaexperimental mediante un indicador de Watt que registra gráficamentela evolución de la presión en el cilindro, en función del movimiento delpistón por cada vuelta de eje-manivela.

El ciclo real de compresión producido durante la prueba de compresiónllevado a un diagrama presión-volumen recibe el nombre de diagramaindicado.

El trabajo de compresión obtenido del diagrama se llama trabajo indicadoy a la potencia computada a partir de este trabajo se le denomina potenciaindicada.

La potencia indicada tiene en cuenta el rendimiento de compresión, esdecir, las desviaciones respecto al ciclo teórico. Las áreas por encima dela presión de descarga teórica (Pd) y por debajo de la presión de aspiración(Pa) representan un aumento de trabajo debido al estrangulamiento yefecto de válvulas.

Las otras desviaciones respecto a la compresión y expansión adiabáticas,indican que estas evoluciones siguen en realidad líneas politrópicas concesión de calor entre el cilindro y los vapores de fluido refrigerante.

Se define el rendimiento indicado como la relación entre la potenciateórica y la potencia indicada:

Del análisis del diagrama indicado se observa que los factores que influyensobre el rendimiento indicado son prácticamente los mismos que afectanal rendimiento volumétrico real: efectos de estrangulamiento, intercambiode calor entre el vapor y el cilindro, fricción en el fluido debido a lasturbulencias y a no ser fluido perfecto.

Para cualquier compresor, los rendimientos volumétricos real e indicadoson prácticamente iguales y variarán en la misma proporción con larelación de compresión.

Como anteriormente hemos indicado, el rendimiento volumétrico teóricoes medible para un compresor y unas condiciones de funcionamiento,mientras que el rendimiento volumétrico real se determinará medianteel diagrama indicado obtenido del banco de ensayo.

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Se ha comprobado que compresores de las mismas características dediseño tienen aproximadamente los mismos rendimientos volumétricos,independientemente del tamaño del compresor de que se trate.

En la siguiente gráfica se indican los rendimientos volumétricos teóricosy reales de un compresor en función de la relación de compresión.

1.10. Potencia de un compresor

En el punto anterior se han desarrollado los conceptos de rendimientovolumétrico real e indicado, que tienen en cuenta las desviaciones delciclo real de compresión respecto al ciclo teórico.

Si queremos obtener la potencia total que debe ser suministrada al árbolde transmisión del compresor debemos definir otro término llamadorendimiento mecánico.

Se define el rendimiento mecánico del compresor como la relación:

siendo:

= Trabajo absorbido según el ciclo real del compresor.

= Trabajo absorbido en el eje del compresor.

Este rendimiento es una medida de los rozamientos mecánicos delcompresor, pistón-cilindro, etc.

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Depende de la velocidad de rotación. Para una misma velocidad, serámáximo cuando el compresor esté muy cargado.

Ahora estamos en disposición de calcular la potencia total a suministraral eje del compresor, potencia que recibe el nombre de potencia al freno.

Dicha potencia se puede calcular a partir de la potencia teórica divididapor el rendimiento indicado y el rendimiento mecánico:

Por último, definimos el rendimiento eléctrico del compresor como larelación:

siendo:

= Potencia mecánica absorbida en el eje del compresor.

= Potencia eléctrica absorbida por el motor.

Este rendimiento contabiliza las pérdidas que se producen en el motoreléctrico.

Depende de la potencia del motor (a mayores potencias, mayoresrendimientos).

En la siguiente tabla se indican valores aproximados de rendimientospara diferentes relaciones de compresión.

1.11. Régimen de funcionamiento de un compresor

Funcionamiento de un compresor en régimen húmedo

Las condiciones de funcionamiento de un compresor cambianconstantemente como consecuencia de que varía la velocidad delcompresor, de que la válvula de regulación no deja pasar siempre lamisma cantidad de líquido, de la introducción variable de mercancíasen la cámara, etc., y como consecuencia, resulta que el estado de losvapores a su entrada en el compresor varía también.

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Cuando entra en el cilindro una mezcla de vapor y líquido en forma degotitas no evaporadas todavía, se dice que el compresor trabaja en régimenhúmedo. Esto puede suceder cuando por cualquier razón la válvula delaminación deja pasar demasiado líquido. Al llegar al cilindro, donde latemperatura es más elevada, las gotitas de líquido se vaporizan, pero estosucede en perjuicio del rendimiento de la instalación, ya que estas gotasdeberían haberse evaporado en el evaporador, produciendo un efectofrigorífico útil.

En la fase de compresión, el calor de compresión es el encargado deacabar de evaporar las gotitas de líquido que puedan quedar en el cilindro.

Con este régimen, la tubería de aspiración está escarchada si la temperaturade evaporación es inferior a 0° C y la escarcha cubre también una partedel cuerpo del compresor, alrededor de la entrada. La tubería de descargaestá relativamente fría.

Funcionamiento de un compresor en régimen seco o recalentado

Por el contrario, si la última gota de líquido se ha evaporado en elevaporador, antes de llegar al compresor, los vapores que entran en elcompresor son vapores saturados secos o recalentados y se dice que elcompresor trabaja en régimen seco o recalentado, respectivamente.

La tubería de aspiración estará fría y húmeda o incluso escarchada si latemperatura del vapor recalentado es todavía inferior a 0° C. La tuberíade descarga estará caliente.

El funcionamiento en régimen recalentado es el más empleado puessupone un aumento del rendimiento del 10 al 12% sobre el régimenhúmedo y además evita el peligro de “golpes de líquido” en el compresor.

Si bien es interesante trabajar en régimen recalentado, esterecalentamiento no debe ser excesivo. Lo ideal sería que entrasen en elcilindro únicamente vapores en el estado exacto de vapor saturado seco,pero dadas las inevitables irregularidades de caudal en la válvula deregulación, es necesario trabajar con un recalentamiento de algunosgrados.

1.12. Regulación de potencia en compresores alternativos

El cálculo y diseño de un compresor se realiza para satisfacer unaproducción frigorífica máxima en el momento de mayores necesidadesfrigoríficas, regulándose después su potencia al nivel necesario en cadamomento, de forma que la llegada de líquido al evaporador sea tal queéste trabaje a plena capacidad de absorción de calor.

Esta regulación se realiza de una forma mecánica, actuando sobre los

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elementos del compresor responsables de su producción frigorífica,siendo los más utilizados:

• Acción sobre la velocidad de rotación del compresor, lo que se puedeconseguir escalonando motores con distintas velocidades, o bien convariadores de velocidad mecánicos o eléctricos.

• En los compresores multicilíndricos, variando el número de cilindrosque están en funcionamiento. Esto se consigue de forma automáticadejando abiertas las correspondientes válvulas de aspiración.

• Actuando sobre el rendimiento volumétrico, con el inconvenientede ser un método caro y difícil de automatizar.

• Mediante el empleo de un by-pass entre la aspiración y la impulsión.Este método es el más empleado hoy día, aunque termodinámicamentesean preferibles los que actúan sobre la velocidad y el número decilindros.

• Conectando el cilindro del compresor con el colector de aspiracióny sin actuación directa sobre las válvulas. De esta forma lo aspiradoserá nuevamente impulsado a la aspiración.

1.13. Selección de un compresor

Debido a que la capacidad refrigerante y las necesidades de potencia deun compresor varían con las condiciones del vapor refrigerante a laentrada y a la salida del compresor, los catálogos suministrados por elfabricante de estos equipos indican las capacidades refrigerantes y lasnecesidades de potencia para distintas temperaturas de evaporación ycondensación.

Si la selección del evaporador se ha realizado antes del compresor se hade elegir éste en función de aquél.

Se ha de tener en cuenta que raras veces es posible seleccionar uncompresor que tenga exactamente la capacidad requerida por lasinstalaciones de diseño, de ahí que se tienda a seleccionar un compresorque tenga una capacidad igual o algo mayor a la requerida según lascondiciones de funcionamiento.

Para seleccionar un compresor para una aplicación concreta se necesitanlos siguientes datos:

• Capacidad refrigerante requerida (Kcal/h), y su evolución en funcióndel tiempo durante el funcionamiento previsible de la instalación.

• Temperatura de evaporación (ºC), que dependerá de la aplicacióndel sistema frigorífico.

• Temperatura de condensación (ºC) que dependerá del sistema decondensación que se seleccione, agua o aire.

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2. EVAPORADORES

2.1. Evaporador. Definición y función

El evaporador es el elemento productor de frío de la instalación frigorífica.

Los evaporadores son intercambiadores térmicos que aseguran latransmisión del flujo calorífico del medio que se enfría hacia el fluidofrigorígeno; este flujo calorífico tiene por finalidad la evaporación delfluido refrigerante líquido contenido en el interior del evaporador.

El evaporador debe obtener la transmisión del flujo calorífico que procededel medio que se enfría al fluido frigorígeno, absorbiendo éste dichoflujo a temperatura constante por liberación de su calor latente deevaporación. Esto ocurre debido a que la temperatura de ebullición delfluido refrigerante es inferior a la temperatura de medio que se deseaenfriar, convirtiéndose el refrigerante en el foco frío, y el medio arefrigerar en el foco caliente.

El fluido refrigerante se evapora a baja temperatura y, por tanto, a bajapresión, aunque usualmente superior a la atmosférica, con el objeto deevitar la entrada de gases y/o vapor de agua en el circuito de baja presión.

El evaporador de la instalación frigorífica está ubicado entre la válvulade expansión y la tubería de aspiración del compresor. La absorción decalor del recinto a refrigerar y la transmisión de ese calor al fluidorefrigerante, se consigue de la forma siguiente: el fluido proveniente dela válvula de expansión entra al evaporador a la temperatura de ebullicióncorrespondiente a la presión existente en el mismo, y lo hace como vaporsaturado muy húmedo (con un título de vapor muy bajo); debido a subaja temperatura, absorbe calor a través de las paredes del evaporador,por lo que se evapora la fracción líquida y aumenta el título del vaporhasta el valor x = 1 (vapor saturado seco) en el momento de salida delevaporador.

La eficacia frigorífica de la mezcla líquido-vapor depende del contenidode líquido en la mezcla, por lo que debe tenerse interés en reducir elvalor de la relación de la mezcla admitida en el evaporador a un límitelo más bajo posible.

Cuando el evaporador se alimente por válvula de expansión, es imposibledisponer de líquido puro en la inyección. Si queremos alimentarabsolutamente el evaporador con líquido puro, deberá disponerse en elcircuito frigorífico de un separador de líquido.

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El evaporador es la parte estática de la instalación que más problemascausa, debido a:

• Dificultades de elección del tipo adecuado para cada instalación enparticular.

• Determinación de su emplazamiento en las instalaciones.

• Variación temporal del coeficiente de transmisión de calor comoconsecuencia de la formación de hielo, sobre los tubos.

• Disminución de rendimiento debido a la presencia en su interior deaceite procedente del compresor.

2.2. Características que debe reunir un evaporador

Para obtener un buen rendimiento, es decir, para conseguir una buenatransmisión de calor en el evaporador, éste debe reunir las siguientescondiciones:

Operativas:

• La mayor parte de la superficie del evaporador debe estar en contactocon vapor saturado húmedo y, si es posible, con líquido refrigeranteen ebullición, mejorando así el coeficiente de transmisión de calor.

• La vaporización del fluido debe hacerse preferentemente porebullición, condición que ratifica a la anterior.

• El vapor debe salir saturado seco hacia el compresor. En caso negativose colocará un separador de líquido.

• El fluido circulará por el evaporador produciendo una pérdida decarga mínima, pero con velocidad suficiente para originar una buenatransmisión de calor.

• En su seno deben separarse del fluido frigorígeno todas las impurezas,incluso el aceite de los oleosolubles.

• Debe presentar estanqueidad y solidez respecto al refrigeranteutilizado.

Constructivas:

• Su construcción debe ser sencilla, simple de ejecución y de modo deoperación, siendo su precio bajo.

• Debe ser resistente a la corrosión.

Higiénicas y de mantenimiento:

• Ser de fácil limpieza y, en su caso, de desescarche; acceso fácil parainspección, limpieza y disponibilidad para purgar aceite, lo querepercutirá en un bajo coste de mantenimiento.

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Un evaporador que reúna estas características funcionará bien siempreque tenga una buena alimentación de fluido frigorífico. La velocidad dealimentación depende de la velocidad de vaporización del refrigerante,la cual aumenta con la carga térmica.

2.3. Tipos de evaporadores

Debido a las muchas y distintas aplicaciones de la refrigeración mecánica,los evaporadores se fabrican según distintos diseños.

Se clasifican según los criterios:

• Método de alimentación del líquido refrigerante.

• Tipo de construcción.

• Procedimiento de circulación del aire o líquido.

• Aplicación.

Tipos de evaporadores según el metodo de alimentaciondel refrigerante

Según el método de alimentación del refrigerante los evaporadores sepueden clasificar como:

• De expansión seca.

• Inundados.

Esta clasificación se realiza en función de si la instalación contiene unseparador de líquido o no.

Evaporador de expansión seca (sin separador de líquido).

En este tipo de evaporador, la alimentación del líquido se realiza a travésde una válvula de expansión termostática.

La cantidad de líquido que entra en el evaporador está limitada a lacantidad que puede ser completamente vaporizada durante el tiempoen que éste recorre el evaporador, de forma que sólo llegue vapor altramo de aspiración. Se evita así la posible llegada de líquido al compresor,pero no se aprovecha bien la parte final del evaporador.

Evaporador de expansión seca con válvula termostática

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Para obtener una vaporización completa del refrigerante en el evaporador,se permite un recalentamiento de 10° C al final del mismo. Esto requierenormalmente de un 10 % a un 20 % de la superficie total del evaporador.

La cantidad de líquido en el evaporador de expansión seca varía con lacarga del evaporador. Para un evaporador de expansión seca, la relacióncantidad de líquido-superficie húmeda y por lo tanto, la eficiencia delevaporador, aumenta cuando la carga se incrementa

Este tipo de evaporadores a pesar de tener peores rendimientos que losde tipo inundado, son mucho más baratos y más simples en su diseño.Presentan menos problemas de recirculación de aceite y requieren menoscarga de refrigerante, siendo los más utilizados en instalaciones frigoríficas.

Evaporador inundado (con separador de líquido).

Son evaporadores que durante el funcionamiento están llenos de líquidocasi en su totalidad. El evaporador es alimentado con una sobredosis delíquido, del que sólo una parte (20-25%) es vaporizado cuando elrefrigerante deja los tubos. La carga térmica es abatida mediante laevaporación de ese 20-25%, el resto de líquido refrigerante se utilizapara mantener la superficie de los tubos húmeda, incrementando latransferencia de calor interno, sirviendo al mismo tiempo para eliminarel aceite.

La ebullición es provocada y sostenida por el vacío creado por la aspiraciónde los vapores del evaporador por el compresor, y cesa al pararse elcompresor.

El nivel de líquido en el evaporador inundado se mantiene constantemediante una válvula de regulación de tipo flotador.

Las formas que adoptan estos evaporadores son muy variadas, pero enesencia están constituidos por un gran depósito, generalmente cilíndrico,donde va alojada la válvula y el flotador. Esta válvula colocada en el ladode baja del sistema, permite la entrada de refrigerante líquido a medidaque sea necesario, siendo controlada su acción por el nivel de líquidoen el depósito cilíndrico, que debe encontrarse en sus 4/5 partes. Losvapores desprendidos en la evaporación llenan el espacio libre en laparte superior del depósito.

Evaporador inundado

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Es evidente que un sistema seco tendrá un menor coeficiente detransferencia de calor que un sistema inundado, que es de un granrendimiento, ya que al hallarse toda su superficie bañada de líquidorefrigerante, se obtiene una plena ebullición de toda la masa de formamuy vigorosa con la consiguiente y rápida absorción, en grado máximo,de vapor en toda la superficie del evaporador. Sin embargo la grancantidad de líquido necesario en los evaporadores inundados encarecemucho este tipo de instalaciones.

Tipo de evaporadores según el tipo de construcción

Atendiendo al tipo de construcción empleada, los evaporadores se puedenclasificar en:

• Evaporadores de tubos lisos.

• Evaporadores de placas.

• Evaporadores de superficie ampliada o con aletas.

Los evaporadores donde la superficie del evaporador está más o menosen contacto con el refrigerante que se vaporiza en el interior se clasificancomo evaporadores de superficie primaria, es el caso de los evaporadoresde tubos lisos y los evaporadores de placas. En los evaporadores conaletas, los tubos por los que circula el refrigerante forman la superficieprimaria, mientras que las aletas que no están llenas de refrigerante sonlas superficies secundarias de transferencia de calor, cuya función es lade captar calor de los alrededores y transmitirlo hasta los tubos quetransportan el refrigerante.

Los evaporadores de tubos lisos y placas aunque dan resultadossatisfactorios en cualquier tipo de instalación, se emplean principalmenteen aquellas instalaciones en las que la temperatura se mantiene pordebajo de -1º C y es inevitable la acumulación de escarcha sobre lasuperficie del evaporador.

La acumulación de hielo en la superficie primaria del evaporador noafecta a la capacidad del equipo en la misma extensión que lo hace enlas aletas.

Tienen, además, la ventaja de que se limpian fácilmente y puedendescongelarse con rapidez, manualmente, ya sea cepillando o raspandola acumulación de hielo. Esta operación puede ser realizada sin interrumpirel proceso de refrigeración y mimetizando la calidad del productorefrigerado.

Evaporador de tubos lisos

Los evaporadores de tubos lisos se construyen generalmente en acero y

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cobre. Los construidos en acero se utilizan para construir grandesevaporadores, mientras que los de cobre se usan en instalaciones pequeñas.

Los serpentines de tubos lisos se pueden obtener en varias formas tamañosy diseños, y generalmente se fabrican bajo pedido, para cada instalaciónen particular. Formas comunes son el zig-zag u ovales.

Los evaporadores de este tipo se emplean para el enfriamiento de líquidos.

Evaporadores de placas

Los evaporadores de placas son de varios tipos. Algunos están construidoscon dos láminas de metal estampadas o soldadas, de forma que suministranuna trayectoria al fluido refrigerante entre ellas.

Este tipo de evaporador de placas se utiliza en los frigoríficos y congeladoresdomésticos, debido que se limpian fácilmente, y son de construcciónrápida y económica en cualquiera de los diseños establecidos.

Otro tipo de evaporador de placas se construye uniendo a un circuitotubular dos placas metálicas que se sueldan. Para conseguir un mejorcontacto térmico entre las placas soldadas y el circuito tubular quetransporta el refrigerante, el espacio entre las placas se llena con unasolución eutéctica o bien se realiza el vacío de forma que la presiónatmosférica ejercida en las superficies exteriores de las placas mantengaéstas firmemente unidas a los tubos.

Evaporadores de este tipo son utilizados en los camiones frigoríficos. Enestos tipos de evaporadores, las placas están situadas verticalmente uhorizontalmente en las paredes o en el techo del camión, conectándose

Evaporadores de tubos lisos

Evaporador tipo placas

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a una planta central de refrigeración mientras que los camiones estánaparcados en las terminales durante la noche.

Evaporadores con aletas

Los evaporadores con aletas son tubos lisos a los que se les han incorporadoplacas metálicas o aletas. Estas aletas sirven como superficie secundariade absorción de calor y tienen la misión de incrementar la superficietotal del evaporador y, por tanto, su eficiencia.

Se produce un aumento de la eficiencia debido a que en los evaporadoresde tubos lisos, gran parte del aire que circula a su través pasa por losespacios existentes entre tubo y tubo y no tiene contacto con la superficiemetálica. Cuando las aletas son añadidas a los tubos, estas aletas ocupanel espacio existente entre los tubos y actúan como colectores de calor,aumentando la superficie de captación de calor hacia los tubos.

Para que la captación de calor desde las aletas hacia los tubos sea efectiva,las aletas deben estar colocadas de manera que aseguren un buen contactotérmico entre ellas y los tubos. En algunos casos, las aletas se sueldandirectamente a la tubería, mientras que en otros se deslizan sobre eltubo, expandiéndose luego éste por la aplicación de presión o por algúnotro medio, de manera que las aletas se incrustan en la superficie deltubo, estableciendo un buen contacto térmico.

El tamaño y espaciado de las aletas depende en parte, del tipo particularde aplicación para el que ha sido diseñado el evaporador.

El tamaño del tubo condiciona el de la aleta proporcionalmente, tubospequeños requieren aletas pequeñas y viceversa.

El espaciado entre aletas variara principalmente según la temperaturade operación del tubo.

El espaciado de las aletas debe ser más amplio para los evaporadores conconvección natural, que para aquellas que emplean ventiladores. Unaleteado excesivo puede reducir la capacidad del evaporador por restringirla circulación del aire entre los tubos innecesariamente.

Los evaporadores con aletas tienen una superficie mayor por unidad delongitud, con lo cual pueden construirse de menor tamaño .

Evaporadores con aletas

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Tipo de evaporadores según el procedimiento de circulaciondel aire

Según el método de circulación del aire los evaporadores se clasificanen:

• Evaporadores de convección natural.

• Evaporadores de convección forzada.

Para seleccionar la velocidad de circulación del aire en el espaciorefrigerado se debe de tener en cuenta las diferentes aplicacionesexistentes.

Una corta velocidad del aire disminuye el rendimiento del evaporador,provocando un enfriamiento lento del producto, ocasionando el desarrollode bacterias. En cambio una excesiva velocidad del aire causa unadeshidratación del producto.

La velocidad de circulación del aire deseada depende sobre todo de:

- Humedad de la cámara o espacio a refrigerar.

- Tipo de producto.

- Período de almacenamiento.

Estos tres factores están interrelacionados. Una pobre circulación de airetiene el mismo efecto en el producto que una alta humedad del aire enel recinto, mientras que una alta circulación de aire tiene el mismo efectoque una baja humedad.

Evaporadores de convección natural

Estos evaporadores se utilizan para refrigeradores domésticos, neverasportátiles, y almacenes frigoríficos, donde es necesaria una humedadrelativa elevada y no es necesaria la ventilación de los productosalmacenados. Sus inconvenientes son el bajo coeficiente de transmisiónde calor, la deficiente distribución de la temperatura del recinto y ladificultad de desescarche.

Evaporador convección natural

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El funcionamiento de estos evaporadores se basa en la diferencia dedensidades del aire conforme aumenta de temperatura. El aire del recintoa enfriar al ponerse en contacto con las aletas del evaporador se enfría,aumenta su densidad y, al ser más pesado, cae. Es reemplazado por airecaliente que llega por la parte superior al evaporador y realiza el mismociclo.

La velocidad de circulación del aire sobre los tubos del evaporador enla convección natural es función de la diferencia de temperatura existenteentre el evaporador y la cámara.

Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura, mayor es el nivel decirculación.

Evaporadores de convección forzada

Los evaporadores de convección forzada son básicamente tubos lisos conaletas situados en el interior de una carcasa y equipados con uno o másventiladores para suministrar la circulación del aire. Los ventiladoresestablecen una circulación de aire forzado, aumentando así la absorciónde calor y reduciendo, en consecuencia, la superficie del evaporador.

Ventajas de los evaporadores de convección forzada.

• Formas más compactas.

• Tamaño reducido.

• Facilidad de instalación.

• Obtención de una temperatura más uniforme debido a la rápidacirculación de aire.

• Regulación del grado de humedad relativa.

La caída de temperatura del aire que circula por el evaporador debe serla mitad de la diferencia entre la temperatura del recinto y la devaporización del refrigerante.

Como regla general, la velocidad del aire debe ser mantenida entre 1-2,5 m/s.

Evaporadores de convección forzada

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Tipos de evaporadores según su aplicación

Según su aplicación podemos diferenciar entre enfriadores de líquidos,de aire y de sólidos por contacto directo.

Enfriadores de líquidos.

Los enfriadores de líquidos se clasifican en:

• Enfriador Baudelot.

• Enfriador sumergido o de inmersión.

• Enfriador de circuito cerrado.

Enfriador Baudelot

El enfriador Baudelot consiste en una serie de tubos horizontales, loscuales se sitúan debajo unos de los otros y se conectan todos entre sí alobjeto de establecer el circuito por el que circulará el fluido refrigerante.

El refrigerante circulará por el interior de los tubos mientras que ellíquido a enfriar circula formando una fina película (cortina) sobre elexterior.

El líquido fluye a través de los tubos por gravedad desde un distribuidorlocalizado en la parte superior del enfriador y es recogido en un canalsituado en la parte inferior.

El hecho del que el líquido enfriado se encuentre a la presión atmosféricay esté abierto al aire, hace ideal este evaporador para cualquier aplicaciónde enfriamiento en la cual sea importante la aireación.

Con este tipo de evaporador es posible enfriar el líquido hasta unatemperatura próxima a su punto de congelación sin que haya peligro dedaños para el equipo si ocurre una congelación ocasional del producto.

Evaporador de Baudelot

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Enfriador sumergido o de inmersión

Este tipo de evaporador consiste en un enfriador de tubos lisos instaladoen el centro o en un lado de un gran tanque de acero, el cual contieneel líquido a enfriar. Aunque completamente sumergido en el líquido aenfriar, el serpentín enfriador está separado del cuerpo principal dellíquido por un deflector. Existe un agitador que es empleado para poneren contacto el líquido a enfriar con el serpentín evaporador a unavelocidad relativamente alta de 30-45 m/min. Este tipo de serpentínpuede adoptar disintas formas: espiral, tubos lisos, etc.

Dentro de este tipo de evaporadores se encuentran los utilizados comoacumuladores de hielo.

El tanque de acumulación de hielo consiste en un evaporador de tuboslisos o de placas sumergido en un tanque de agua. Los tubos o las placasse separan a una distancia superior a la normal para permitir la formaciónde la capa de hielo.

Enfriadores de circuito cerrado

Los enfriadores de circuito cerrado incluyen:

• Enfriadores de doble tubo.

• Enfriadores multitubulares: verticales y horizontales.

• Enfriadores de doble tubo.

Los enfriadores de doble tubo consisten en dos tubos, uno montadoen el interior del otro. El fluido a enfriar circula en una dirección através del tubo interior mientras que el refrigerante fluye en ladirección opuesta a través del espacio anular entre los tubos interiory exterior, lo que proporciona un elevado coeficiente de transmisiónde calor, dependiendo éste no sólo de la velocidad de los fluidos sinotambién de la diferencia media de temperatura. Se puede tomarcomo valor medio de cálculo el de 500 Kcal/m2fh°C.

Las longitudes de tubo empleadas se encuentran entre 3 y 6 m,constando cada elemento a refrigerar con 6 a 16 tubos en altura,aislados exteriormente.

Los tubos exteriores se sueldan a colectores verticales lo queproporciona un fácil acceso a los tubos interiores y elimina las unionesde conductos de refrigerante.

Pueden trabajar en régimen seco e inundados.

Una de las desventajas de estos enfriadores es el gran espacio queocupan, sobre todo en altura. Se utilizan en aplicaciones muyespeciales, como en industrias de fermentación: vino y mosto.

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En ciertas aplicaciones que requieren un coeficiente de transmisiónde calor mayor se construyen de triple tubo, circulando el refrigerantepor la sección anular media.

• Enfriadores multitubulares

Llamados también de carcasa y tubos, existen dos grandes grupos enfunción del refrigerante con el que trabajan.

1. Evaporadores multitubulares cuyo refrigerante es un HFC

Construidos en cobre con tubos aleteados laminados, el refrigerantecircula por el interior de los tubos. Son enfriadores que trabajanen régimen seco, regulando el caudal del refrigerante medianteválvulas termostáticas. El mantenimiento es más complicado quelos que trabajan con amoniaco, se suele realizar un tratamientoquímico.

2. Evaporadores de carcasa y tubos cuyo refrigerante es el R-717(amoniaco).

Construidos en acero inoxidable con tubos lisos, el amoniacocircula entre los tubos y la carcasa. Estos evaporadores trabajaninundados, pudiendo utilizar la mitad de la carcasa como separadorde líquido. El flujo de refrigerante se regula a través de una válvulade flotador, manteniendo el nivel de refrigerante constante, justopor encima de la última fila de tubos. El mantenimiento es muysencillo, se accede muy fácilmente a los tubos eliminando las tapasde los mismos.

Esta diferencia en su concepción se debe únicamente a lascondiciones de la distinta miscibilidad de estos fluidos con losaceites de lubricación.

Estos evaporadores se utilizan para enfriar agua, salmuera, leche,cerveza y otros líquidos de baja viscosidad.

Estos enfriadores son usados exclusivamente para temperaturasde agua relativamente altas. La temperatura de evaporación debeser superior al punto decongelación del agua.

La velocidad de circulacióndel líquido en los tubos nopuede exceder normal-mente de los 2 mIs paraevitar problemas de pérdidasde presión y de corrosión.

Enfriador multitubular

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Enfriadores de aire

El enfriamiento del aire de los locales, es idéntico en su principio, al delos líquidos, debiendo tenerse en cuenta las tres diferencias siguientes:

• El coeficiente de transmisión entre el aire y la superficie fría es muchomás bajo que su homólogo en el caso de enfriamiento de líquido.

• Al igual que en los evaporadores enfriadores de líquidos, la velocidadde circulación del fluido a enfriar es un factor primordial paraaumentar el valor del coeficiente global de transmisión térmica.

• El aire a enfriar será el de una cámara fría en la que se deseanconservar alimentos perecederos, o el que, después de tratado, sedescargan en los locales climatizados.

Aunque el enfriamiento del aire se puede realizar tanto por convecciónnatural como por forzada, ya se ha indicado anteriormente que el segundotipo es el más utilizado por las ventajas que presenta.

Dentro de los enfriadores de aire se diferencian dos grupos principales:

• Secos.

• Húmedos.

• Enfriadores de aire secos

Los enfriadores secos son aquéllos en los que el aire y el fluidofrigorígeno intercambian calor de forma indirecta (existe una paredmetálica de separación).

Dentro de este tipo están:

- Baterías de convección forzada.

- Radiadores.

Las baterías de convección forzada consisten en una carcasametálica con una serie de tubos con aletas, que normalmentelleva ventiladores. Las bocas de salida del aire se colocan en lacámara frigorífica. En la parte superior suelen llevar una boca deaspiración de aire y en la inferior un dispositivo para recoger elagua de desescarche. En estos tipos de enfriadores de aire, elcoeficiente global de transferencia de calor, K, está comprendidoentre 12-15 w/m2 °C.

Los radiadores consisten en una batería de tubos lisos o con aletas,dentro de los cuales se vaporiza el fluido frigorígeno y que seencuentran dispuestos en un espacio cerrado fuera del recintofrigorífico a enfriar. Un ventilador establece la circulación del

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aire sobre los tubos y dentro de la cámara. El conjunto batería-ventiladores se encuentra encerrado dentro de una carcasacorrectamente aislada. Se emplean en cámaras frigoríficas contemperaturas negativas. Valor del coeficiente global de transferenciade calor, K entre 5-10 w/m2°C.

• Enfriadores de aire húmedos

Los enfriadores de aire húmedos son enfriadores de aire en los cualesel aire está en contacto con el fluido refrigerante, normalmente agua.En el pasado, se utilizaron como refrigerantes las salmueras, hoy díael medio más popular es el agua. Por esta razón, el uso de este tipode enfriador está restringido a cámaras con temperatura positiva.

El funcionamiento es el siguiente: el agua fría es pulverizada pormedio de un tubo rociador sobre la masa de aire y los ventiladoresmueven el aire en contracorriente a través de la masa húmeda,enfriando la masa de aire. Funcionamiento inverso al de las torresde refrigeración donde la corriente de aire provoca el enfriamientodel agua.

Problemas que conlleva el uso de enfriadores de aire húmedo:

- Necesitan un espacio considerable.

- Son caros en cuanto a su coste de compra y requieren alta inversióny mantenimiento contra la corrosión.

- Muestran un consumo energético superior al de los evaporadoressecos debido a la utilización de bombas para la impulsión delagua.

Ventajas del uso de enfriadores de aire húmedo.

- La humedad relativa obtenida en el recinto es más alta debido aque el aire está en contacto con el agua. El aire deja el enfriadorcon una humedad relativa en torno al 100 %.

- Es posible utilizar grandes volúmenes de aire sin que el producto

Enfriador de aire húmedo

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sufra proceso de secado alguno ya que es el agua y no el productoquien suministra la humedad al aire.

- Es posible variar los volúmenes de aire sin que se produzcancambios en las condiciones de dicho aire.

- Dado que no se va a producir escarcha no es necesario eldesescarche de estos enfriadores.

2.4. Sistemas directos e indirectos de enfriamiento

Cualquier superficie de transferencia de calor en la cual se expande yrevaporiza un líquido volátil (refrigerante) con el objeto de producir unefecto de enfriamiento se llama evaporador de “expansión directa” y allíquido que se evapora se le llama “refrigerante de expansión directa”.

Un sistema de refrigeración de expansión directa es aquél en el cual elevaporador del sistema, utilizando un refrigerante de expansión directa,se encuentra en contacto directo con el espacio o material que va a serenfriado.

En determinados casos, el enfriamiento no se obtiene por la expansióndirecta del refrigerante evaporado, empleándose para dichos casos unsistema de enfriamiento indirecto.

Agua, salmuera o algún otro líquido adecuado son enfriados por unrefrigerante de expansión directa en un enfriador de líquido yposteriormente bombeados a través de tuberías hasta el recinto a enfriar.El líquido enfriado es denominado “refrigerante secundario”.

El refrigerante secundario puede ser puesto en contacto directo con elproducto a refrigerar o bien puede pasar a través de un enfriador de aireo cualquier otro tipo de superficie de intercambio de calor. El refrigerantesecundario, caliente tras enfriar el producto o recinto, es recirculado yenfriado de nuevo en el enfriador de líquido bombeándose a continuación.

Los sistemas indirectos de enfriamiento se utilizan en instalaciones dondeexiste una gran distancia entre el equipo condensador y la zona a enfriar,debido a que se necesita un gran volumen de refrigerante primario, ylas tuberías son mas caras de instalar, teniendo posteriormente mayoresproblemas de pérdidas de cargas.

También son ventajosos los sistemas de expansión indirecta en instalacionesen las que las fugas de refrigerante y/o aceite en las tuberías puedencausar contaminaciones o daños en el producto almacenado.

De todas formas, las fugas son siempre más importantes y problemáticasen tuberías que transportan refrigerantes primarios que en circuitoshidráulicos o que contienen salmuera.

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El refrigerante secundario más utilizado es el agua, debido a su fluidez,alto calor específico, alto coeficiente de conductividad, por ser barata yrelativamente no corrosiva, pero cuando la temperatura de trabajo esinferior a 0ºC deben utilizarse otros refrigerantes que no congelen.

Otro refrigerante secundario es la salmuera, utilizada cuando latemperatura de trabajo es inferior al punto de congelación del agua.

La salmuera es el nombre que se la da a la solución resultante de ladisolución de diversas sales en agua. Cuando una sal es disuelta en agua,la temperatura de congelación de la salmuera resultante será inferior ala temperatura de congelación del agua pura.

Existe una concentración de sal en el agua que produce que la salmueratenga el punto de congelación más bajo posible para esa sal en particular,si la concentración de sal varía aumentando o disminuyendo, latemperatura de congelación de la disolución aumenta. La solución a laconcentración crítica es denominada solución eutéctica.

Los dos tipos de salmuera que se utilizan en refrigeración son:

• La salmuera de cloruro cálcico.

• La salmuera de cloruro sódico.

Además del agua y la salmuera, se utilizan como refrigerantes secundariossoluciones anticongelantes como el etilenglicol, el propilenglicol, elmetanol y la glicerina.

A diferencia de las salmueras, las soluciones glicoladas no son corrosivas,siendo compuestos extremadamente estables; además, los glicoles nosufren vaporización alguna en condiciones normales de operación, porlo que las soluciones glicoladas están reemplazando a las salmueras enun número importante de instalaciones.

2.5. Parámetros característicos

Capacidad frigorífica del evaporador (coeficiente globalde transmisión)

La capacidad frigorífica de un evaporador es la cantidad de calor quefluye a través de su superficie de intercambio procedente del recinto oproducto a refrigerar, y que se invierte fundamentalmente en lavaporización del líquido refrigerante.

Un evaporador seleccionado para una aplicación específica cualquieradebe tener siempre capacidad frigorífica suficiente para permitir que elrefrigerante, al vaporizarse, absorba calor con la rapidez necesaria para

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llevar a cabo el enfriamiento requerido cuando opera a las condicionesde diseño.

La capacidad frigorífica del evaporador está determinada por los mismosfactores que rigen el flujo de calor a través de cualquier superficie detransferencia de calor y está expresada por la ecuación:

donde:

• Q: Cantidad de calor transferido, en W.

• K: Coeficiente global de transmisión de calor, en W/m2 °C.

• A: Superficie de intercambio, en m2.

• :Diferencia de temperatura media logarítmica, en °C, entre latemperatura del recinto o producto a enfriar y la temperatura devaporización del refrigerante.

La capacidad frigorífica de un evaporador depende por lo tanto, de lossiguientes factores:

• Coeficiente global de transmisión de calor, que variará a su vez conel tipo de evaporador utilizado, sistema de válvula de expansión,velocidad de alimentación, velocidad de movimiento del medio querodea al evaporador, formación de hielo en su superficie, exceso deaceite, etc.

• Superficie del evaporador (tanto primaria como secundaria).

• Diferencia de temperatura media logarítmica.

Coeficiente global de transmisión

En el intercambio térmico entre dos fluidos que circulan a uno y otrolado de una pared, la resistencia global al paso del fluido térmico es iguala la suma de las resistencias parciales ofrecidas por los elementosconstitutivos de la pared, por lo que tendremos:

El coeficiente global de transmisión de calor K es la inversa de R:

El coeficiente global de transmisión térmica K de un evaporador nosindica la cantidad de calor expresada en Watios que el evaporador puedeabsorber por metro cuadrado de superficie y por grado de diferenciaentre la temperatura de vaporización del refrigerante, y la temperaturadel medio a enfriar.

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Cuanto mejor coeficiente global de transmisión térmica dispone elevaporador, menor diferencia de temperatura entre el recinto a enfriary el refrigerante se necesita para conseguir el flujo calorífico que demandala instalación, se puede utilizar un refrigerante cuya temperatura devaporización se encuentre más cercana a la temperatura del local aenfriar.

Considerando la sección de un tubo de evaporador tenemos, cualquieraque sea la posición de dicha sección:

• El refrigerante en el interior del tubo, bajo la forma de mezcla líquido-vapor en proporción variable, pero con temperatura constante Tr,(temperatura de evaporación) circulando a una velocidad Vr (m/s).

• En el exterior del tubo, el medio que ha de enfriarse, en las mismascondiciones de funcionamiento, circulando a una velocidad Vm(m/s) y se encuentra a la temperatura Tm (los dos fluidos circulan,generalmente, a contracorriente).

• Separando las dos corrientes de fluido, tenemos la pared del tubo,una pared metálica de espesor e (mm) bañada en sus dos caras porlos fluidos que se hallan en circulación y cuyas temperaturas respectivasson Tr, y Tm. En todos los puntos del evaporador la temperatura deevaporación del refrigerante Tr, es inferior a la temperatura del medioa enfriar Tm.

El intercambio de calor a través de las paredes del tubo se realiza:

• Por convección del fluido frigorígeno en la superficie interna deltubo.

• Por conducción a través de la pared metálica del tubo.

• Por convección de la superficie exterior del tubo al medio a enfriar.

En la realidad, las condiciones de funcionamiento hacen que esto nosea completamente cierto. La pared interior de los tubos se hallarárecubierta de una película de aceite, a pesar de que se instalen separadoresde aceite en la descarga del compresor. La pared exterior en el caso delos evaporadores enfriadores de aire, cuando la temperatura de dichapared exterior deba hallarse por debajo de los 0°C observaremos unacapa de escarcha.

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La pared metálica que nos encontrábamos antes se ha convertido en unapared compuesta por tres capas, donde el flujo calorífico es función delespesor y conductividad térmica de cada capa.

Ahora el intercambio térmico se produce:

• Por convección del fluido frigorígeno en la superficie de la películade aceite que recubre la pared interna del tubo;

• Por conducción entre las distintas capas superpuestas: aceite-espesordel tubo-escarcha (eventualmente);

• Por convección de la superficie externa del tubo hacia el líquido, ode la escarcha hacia el aire que ha de enfriarse.

La conductividad térmica del aceite y de la escarcha son menores quela de los metales, por tanto interesa buscar métodos que permitan sueliminación de la manera más eficaz.

El coeficiente global de transmisión térmica en estas condiciones secalcula de la siguiente forma:

Partiendo de las dos ecuaciones anteriores y sabiendo que:

: coeficiente de convección del refrigerante, expresado en W/m2 ºC

: coeficiente de convección del medio a enfriar expresado en W/m2

ºC

: espesor de la película de aceite, expresado en metros.

: espesor del tubo que constituye el evaporador, expresado en metros

: espesor de la escarcha eventual, expresado en metros.

: coeficientes de conductividad térmica de los elementoscorrespondientes, expresado en W/m ºC

para el caso de un evaporador recubierto de escarcha (enfriamiento de

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aire) y sin el término de la resistencia parcial de la escarcha en elcaso de un evaporador enfriador de líquido.

Varía en función del tipo de evaporador y será una de las magnitudescaracterísticas que nos permitirán calcular la superficie que debe darsea un determinado evaporador para evacuar la producción frigoríficadeseada.

Salto térmico en el evaporador

Existen varias definiciones de salto térmico en un evaporador.Dependiendo del salto térmico seleccionado puede ocurrir que lasuperficie obtenida para diseñar el evaporador sea insuficiente ya quese ha seleccionado un salto térmico superior al real. Es muy importanteeste dato a la hora de seleccionar o diseñar un evaporador.

La existencia de varias definiciones se debe a que ni la temperatura defluido a enfriar, ni la temperatura de ebullición del refrigerantepermanecen constantes mientras los dos fluidos atraviesan el evaporador.

La temperatura del fluido a enfriar disminuye de forma progresiva amedida que éste pasa a través del evaporador, además la caída detemperatura no es lineal, sino que es mayor al cruzar la primera hileradel serpentín y disminuye a medida que éste pasa por las demás hileras.Esto es debido a que el salto térmico sigue esa evolución en el transcursodel evaporador. La caída de temperatura se ve mejor representada poruna curva. El punto medio de la curva expresa la temperatura mediareal del aire.

La temperatura real de evaporación es la temperatura a la cual laevaporación tiene lugar en el evaporador, pero esta temperatura no esconstante. En el distribuidor de la válvula de expansión y en la propiaválvula hay una caída de presión e incluso esta caída de presión es muchomás importante en los tubos del evaporador. Como la presión varía, latemperatura de evaporación también varía. Sin embargo, no se puedenrealizar cálculos en base a una temperatura que está continuamentevariando, por lo tanto la definición de temperatura de evaporación esla temperatura de saturación del refrigerante a la presión que haya a lasalida del evaporador.

Se define la diferencia de temperatura media logarítmica como:

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y la diferencia de temperatura media aritmética:

donde:

: temperatura del aire a la entrada del evaporador.

: temperatura del aire a la salida del evaporador.

: temperatura de evaporación.

Existe también otra definición de salto térmico que se utiliza:

A DT también se le llama diferencia de temperatura en el evaporador.

Ejemplo:

Vamos a calcular el salto térmico en un evaporador utilizando las distintasdefiniciones que existen para ello:

Los datos de partida son:

= -19 ºC

= -22 ºC

= -26 ºC

Diferencia de temperatura media logarítmica:

Diferencia de temperatura media aritmética:

Diferencia de temperatura en el evaporador:

De todos los saltos térmicos anteriormente definidos, el que mejorrepresenta la evolución de las temperaturas de los dos fluidos a lo largodel evaporador es la diferencia de temperatura media logarítmica.

Diferencia de temperatura en el evaporador

Como hemos indicado antes, la DT se define como la diferencia detemperatura entre la temperatura del aire que entra al evaporador y la

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temperatura de saturación del refrigerante correspondiente a la presiónde salida del evaporador. Suponiendo todos los demás factores constantes,un aumento de la DT produce un aumento en el salto térmico del

evaporador , es decir la DT afecta a la capacidad del evaporador.Para una superficie dada de evaporador, si se quiere aumentar la capacidadde enfriamiento se debe aumentar el valor de DT, y cuando sea posible,la velocidad a través del evaporador.

Además de la influencia que tiene la DT sobre la capacidad del evaporador,la DT es el factor más influyente sobre el grado de humedad relativa delespacio a refrigerar:

Mientras menor sea el salto térmico entre la temperatura del evaporadory la de la cámara, mayor será la humedad relativa que habrá en el espacio.Recíprocamente, mientras mayor sea la DT, menor será la humedadrelativa en el espacio.

En las cámaras frigoríficas, la humedad relativa existente en ellas es unfactor muy importante a la hora de conservar el producto en buenascondiciones, una humedad relativa baja deshidrata el producto y le haceperder peso, mientras que una humedad relativa alta favorece el desarrollode microorganismos sobre los productos.

Es importantísimo buscar un equilibrio sobre la humedad relativa de lacámara que reduzca los dos inconvenientes anteriores.

Antes de seleccionar un evaporador hay que determinar primero la DTa que se quiere que funcione, y una vez conocida se elige el evaporadorcon suficiente superficie.

Área del evaporador (ventaja de las aletas)

La ecuación, , indica que la capacidad de un evaporadorvaria directamente con la superficie exterior, siempre que el coeficiente

global de transmisión de calor K, y el salto térmico del evaporador permanecen constantes. Lo que ocurre es que muchas veces la variaciónen la superficie del evaporador provoca cambios en los valores de K y de

. Esto provoca que, al contrario de lo que indica la ecuación, lacapacidad refrigerante del evaporador no varía en proporción directaa la variación de la superficie.

Estos cambios en los otros parámetros de la ecuación al variar la superficiedependen de cómo se amplíe la superficie del evaporador.

Si la superficie se amplia aumentando el número de hileras enprofundidad, la capacidad frigorífica del evaporador no aumenta en

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proporción lineal a la superficie ampliada, ya que el disminuyepuesto que la caída de temperatura disminuye a medida que el aire pasasobre cada hilera sucesiva. Esto es debido a la diferencia de temperaturaentre el refrigerante y el aire. Se ha ampliado la superficie del evaporadorpero no se ha ampliado la sección transversal de paso del aire a travésdel evaporador. En cambio, si la superficie se amplia aumentando elnúmero de hileras, pero manteniendo la profundidad y ampliando lasección transversal de paso del aire a través del evaporador, entonces elaumento de capacidad frigorífica del evaporador es la deseada.

Por lo tanto, para la misma área total, un evaporador plano y largo secomportará más eficientemente que uno estrecho y con mayor númerode hileras en profundidad. Sin embargo, en ocasiones el espacio físicodisponible es un factor limitante y debe utilizarse este segundo tipo deevaporador.

Aumentando la velocidad de paso del aire sobre los serpentines, aumentael coeficiente global de transmisión de calor K, con lo cual puede seruna manera de compensar la disminución de capacidad por la disminución

de , al ampliar la superficie del evaporador aumentando la profundidadde las hileras.

Una de las maneras de aumentar la superficie de intercambio térmicoes añadir aletas a las superficies primarias que conforman los evaporadores.

El objetivo de añadir aletas a una superficie es el de aumentar la superficiedisponible para la transmisión de calor por convección al fluido envolvente.Sin embargo, la utilización de superficies adicionales rebaja la temperaturasuperficial media por debajo del valor, que tendría si no se montasenaletas. Si el efecto del aumento del área superficial es mayor que el dela disminución de la temperatura superficial media, las aletas provocaránun aumento en la capacidad frigorífica del evaporador.

Las aletas actúan unidas a las superficies primarias que conforman elevaporador intentando obtener el mayor contacto térmico posible.

Se define como eficacia o efectividad de una aleta la relación entre elcalor transmitido por ella y el que transmitiría si la superficie de la aletase mantuviese a la misma temperatura que la superficie primaria, de esta

Aumento de hileras

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2.6. Posición de los ventiladores

En los evaporadores de convección forzada tenemos la posibilidad decolocar el ventilador delante o detrás de la batería de enfriamiento.

Si la posición del ventilador es anterior a la batería de enfriamiento,pasando antes el flujo de aire por el ventilador y posteriormente por labatería, la capacidad de enfriamiento es mayor que si colocamos elventilador detrás de la batería, ya que el valor de DT es superior en elprimer caso, puesto que la temperatura de entrada de aire en la bateríaes superior al absorber el calor del motor del ventilador.

Como anteriormente hemos indicado, para una misma superficie deevaporador, si se aumenta el valor de DT, aumenta la capacidad de

enfriamiento del evaporador, ya que aumenta .

2.7. Escarche y desescarche de los evaporadores

El aire atmosférico es una mezcla de gases que contiene, especialmente,vapor de agua en suspensión, este vapor de agua tiende a depositarsesobre las superficies refrigerantes cuya temperatura es inferior a la dela cámara y, en la mayor parte de los casos, por debajo de 0°C.

Dicho vapor de agua se deposita, entonces, en forma de escarcha. Laformación de escarcha es prácticamente ilimitada en cuanto al tiempo,debido a las infiltraciones de vapor de agua a través de paredes y puertas,por no ser totalmente estancas, y por las aperturas que se producen porcausas del servicio. Otra fuente de humedad que provoca la formaciónde escarcha es la humedad que despiden los productos almacenados enlas cámaras frigoríficas.

forma se relaciona la capacidad calorífica de una superficie ampliadacon aletas con la de la superficie primaria desprovista de aleta.

La eficacia de una aleta es función e sus dimensiones y la conductividaddel material del que esta hecha, para aletas de cobre y aluminio la eficaciaesta alrededor de 0,90-0,95.

El espaciado entre aletas depende principalmente de la temperatura deoperación. Si existe acumulación de hielo, en los tubos con aletas seproduce una disminución en el paso del aire entre aletas.

Los evaporadores con aletas diseñados para trabajar a bajas temperaturasdeben de tener un amplio espaciado entre aletas para minimizar losefectos del hielo. Normalmente el espaciado en estos evaporadores variaentre 6,5 y 8 mm, en cambio en evaporadores donde el problema delhielo no existe, el espaciado puede estar entre 1,5 y 2 mm.

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Intuitivamente, si permanece constante la temperatura media de lacámara, aumentará la formación de escarcha cuanto más baja sea latemperatura de las superficies refrigerantes, es decir la temperatura delas baterías del evaporador.

La temperatura de la superficie de las baterías es más baja cuanto másbaja es la temperatura de evaporación del refrigerante.

Esto nos lleva de vuelta al concepto de la diferencia de temperatura enel evaporador, DT, anteriormente definido. Si la temperatura de la cámarapermanece constante, y la temperatura de evaporación del refrigerantedisminuye, eso provoca un aumento en la DT. Esto nos indica que unaumento en la DT provoca un aumento en la formación de escarcha. Sitenemos en cuenta que la mayor parte de ese vapor de agua depositadosobre las superficies de las baterías proviene de la evaporación superficialde los productos almacenados, llegamos a la misma conclusión quecuando tratábamos el concepto de DT:

Un aumento en la DT produce una deshidratación de los productosalmacenados, reduciendo la humedad relativa de la cámara, por unaumento en la formación de escarcha sobre la superficie de las baterías.

Para el cálculo de la superficie de un evaporador, antes deberemos fijarel valor de la DT, teniendo bien en cuenta el valor del grado de humedaddeseado.

Otro factor importante en la valoración del grado hidrométrico, es lavelocidad en la circulación del aire alrededor de los productosalmacenados. Una velocidad elevada motiva renovaciones rápidas de lacapa de aire saturado que se encuentra en contacto con los productosprovocando una evaporación más intensa, con la consiguiente y másimportante deshidratación de aquéllos.

Consecuencias de la escarcha:

• Efecto aislante que provoca una disminución del coeficiente depelícula exterior, con la consiguiente disminución de la producciónfrigorífica de la máquina, aumentando el tiempo de funcionamientode la máquina.

• Reducción del volumen efectivo de aire libre a través de los tubos yde las aletas dado que la caída de presión del aire aumenta y el flujodel mismo disminuye.

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• Variación del contenido de humedad adecuado para la correctaconservación del género.

Debido a estas razones, el consumo de energía eléctrica de la plantaaumentará al incrementarse el tiempo de funcionamiento del equiposiendo necesaria la realización de un desescarche de forma regular.

Inconvenientes del proceso de desescarche:

• Se produce una perturbación de la temperatura y de la humedad delalmacén frigorífico sino por la adición de calor y humedad, por lainterrupción del ciclo de enfriamiento.

• Se tiene energía de desescarche desperdiciada dentro del almacénfrigorífico.

• Los ventiladores requieren un período de retraso antes de entrar enfuncionamiento, de otra forma ellos distribuirán el exceso de humedaden el recinto.

• El calor expande el aire en el almacén frigorífico de tal forma quese produce una presión contra las paredes y el techo.

La determinación de la duración y frecuencia de desescarche es muydifícil, depende del tipo de evaporador, de la naturaleza de la instalacióny del procedimiento utilizado para ello.

En función de cómo se proceda para obtener la fusión de la escarcha,podemos clasificar los sistemas de desescarche en dos grandes grupos:

• Los procedimientos de tipo externo en los cuales la fusión de laescarcha es obtenida a partir de la capa periférica; dicha fusión debeser total.

- Desescarche manual (por raspado o cepillado).

- Desescarche por paro de la máquina y calentamiento natural delos evaporadores.

- Desescarche por paro de la máquina y circulación de aire forzadosobre el evaporador.

- Desescarche por aspersión o pulverización de agua, salmuera oanticongelantes.

• Los procedimientos internos, más modernos y más rápidos, en loscuales la fusión de la escarcha se obtiene a partir de la capa interiorque se halla en contacto con los tubos del evaporador sin necesidadde una fusión total, ya que la escarcha se rompe al faltarle soportesobre los tubos.

- Desescarche por calentamiento eléctrico del evaporador.

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- Desescarche por gases calientes.

- Desescarche por inversión de ciclo.

• Procedimientos externos: procedimientos lentos ya que losdesescarches son poco frecuentes.

- Desescarche manual:

Los procedimientos de desescarche por raspado, cepillado opicado de la escarcha se han abandonado debido a la importantemano de obra que requerían y, asimismo, a que sólo podíanaplicarse a los evaporadores de tubos lisos.

- Desescarche por paro de la máquina y calentamiento natural delos evaporadores:

Este sistema sólo puede emplearse si la temperatura de la cámaraes superior a cero grados. Es un procedimiento largo debido a lapoca capacidad calorífica del aire y a la masa térmica importanteque representa la escarcha, el evaporador y el fluido contenidoen el mismo. Requiere el paro de la máquina pero puedeautomatizarse fácilmente.

- Desescarche por paro de la máquina y circulación de aire forzadosobre el evaporador:

También es un sistema para cámaras donde la temperatura essuperior a cero grados. Este procedimiento es similar alanteriormente descrito, aunque la fusión de la escarcha se acelerapor medio de la circulación de aire sobre el elemento delevaporador durante el período de parada de la máquina. Elsistema puede automatizarse con facilidad quedando sujeta lapuesta en marcha de la máquina a la fusión total de la escarcha.

- Desescarche por aspersión de agua, salmuera o solucionesanticongelantes:

Para recintos frigoríficos de temperatura muy próxima a 0°C, eldesescarche puede hacerse atomizando agua sobre la superficiede los serpentines del evaporador, pero si la temperatura es inferiora -2°C, se ha de utilizar salmuera o solución anticongelante enlugar de agua.

El sistema de desescarche por pulverización de agua esposiblemente el más sencillo de todos los empleados. Una lluviade agua a presión sobre las capas de hielo acumuladas sobre elevaporador, funde el hielo y limpia el evaporador, preparándolopara el siguiente ciclo de operación. Las baterías de pulverizaciónde agua se colocan siempre encima del elemento evaporador.

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Es preciso controlar el funcionamiento del ventilador para asegurarque no funcionará desde unos minutos antes de la inyección deagua, hasta unos minutos después de interrumpida ésta, a fin deevitar la proyección de agua fuera del evaporador.

El desescarche por este procedimiento dura aproximadamente4-5 minutos. Es necesario que se regule la operación dedesescarchado de forma que la máquina no pueda ponersenuevamente en marcha hasta que haya goteado totalmente elevaporador y, además, en el caso de las cámaras de congelación,deberá preverse un dispositivo que asegure el vaciado del aguaque quede retenida en la batería de pulverización, a fin de evitarsu congelación durante el período de marcha de la máquina.

• Procedimientos internos: más rápidos y modernos que los externos,no requieren la fusión total de la escarcha acumulada en el interior.La fusión de la misma se obtiene desde el interior y la capa de escarchase fragmenta antes de la fusión total por la falta de soporte sobre elevaporador.

La caída de grandes fragmentos de escarcha sobre la bandeja dedesagüe implica, por el contrario, la necesidad de calentar dichabandeja a fin de activar su fusión.

Fácilmente convertibles en automáticos, estos procedimientos seemplean cada día más para el desescarche de los evaporadores en lascámaras de temperatura negativa y, asimismo, en los evaporadoresde las vitrinas de exposición y venta de productos congelados.

- Desescarche por calentamiento eléctrico del evaporador.

Es un sistema cómodo, fácil de instalar y relativamente sencillode regular y controlar, por lo que puede decirse que es el másgeneralizado. Es un procedimiento muy utilizado para eldesescarche de evaporadores de tubos aleteados. Además, cuandose utiliza este sistema suele calentarse eléctricamente también labandeja del evaporador y el tubo de drenaje para evitar una nuevacongelación del hielo fundido.

La fusión de la escarcha se obtiene por el calentamiento directode las aletas del evaporador, por medio de resistencias bajo tubo,de fácil recambio, que se adapta en las aletas. En el ciclo dedesescarche, las aletas se calientan por la acción de las resistenciastransmitiendo por conducción a los tubos del evaporador laenergía calorífica cedida por aquéllas, a través de los cuellos decontacto de las aletas.

La escarcha, que se funde a su contacto con las aletas y los tuboscalientes, se desprende en forma de placas y partículas circulares

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que terminan de fundirse en la bandeja de desagüe colocada enla parte inferior del evaporador.

El ciclo de desescarche se inicia cerrando la válvula de solenoideen la tubería de líquido y parando el ventilador del evaporador.Esto provoca que la presión descienda rápidamente, y que elcompresor gobernado por el presostato de baja pare. Acontinuación, se activa el circuito de las resistencias, las cualesvan a fundir el hielo durante su trabajo. Alcanzada la temperaturaen el evaporador, con lo que se tiene la certeza de que no hayescarcha sobre el mismo, es importante que las resistencias quedennuevamente fuera de servicio. Según el control utilizado puedeproseguir el ciclo con un período de paro total, para facilitar eldrenaje del agua de deshielo, entrando seguidamente en serviciola válvula solenoide y el ventilador, poniéndose posteriormenteen marcha el compresor y quedando la instalación en régimennormal.

Este procedimiento se emplea mucho en las cámaras detemperatura negativa que no requieran superficies de intercambiomuy grandes.

- Desescarche por gases calientes:

Este sistema presenta distintas variantes, teniendo todas en común,el utilizar como fuente de calor el gas caliente descargado por elcompresor, para conseguir el desescarche del evaporador.

Dicho dispositivo, además de los elementos convencionales deuna instalación frigorífica, debe incluir:

- Una tubería de gases calientes (1) que une la descarga delcompresor a la entrada del evaporador después de la válvulade expansión.

- Una válvula de retención (2) que evita toda alimentaciónimprevista de líquido al evaporador, durante el desescarche,por vaciado del condensador.

Esquema equipo con desescarche gas caliente

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- Una válvula solenoide (4) intercalada en la tubería de líquido,antes de la válvula de expansión, que interrumpe laalimentación del evaporador por medio de dicha válvula deexpansión durante el período de desescarche.

- Una válvula solenoide (3) que cierra la tubería de gasescalientes durante los períodos de marcha normal.

Una tubería de derivación, equipada con una válvula de solenoide(3), se instala entre la descarga del compresor y el evaporador.Cuando la válvula de solenoide abre, el gas caliente de la descargadel compresor deriva del condensador y entra en el evaporadoren un punto situado inmediatamente delante del sistema decontrol de refrigerante. El desescarche se consigue conforme elgas caliente cede su calor al evaporador frío, provocando lacondensación del refrigerante. Parte del refrigerante condensadopermanece en el evaporador, mientras que el resto regresa alcompresor donde es evaporado por el calor del compresor, siendorecirculado al evaporador.

Uno de los inconvenientes de este sistema es que, a medida quese produce el desescarche, se acumula líquido en el evaporadory vuelve poco refrigerante al compresor para su recirculación. Deesta forma, el sistema tiende a agotar el vapor antes de que elevaporador esté completamente desescarchado. Otra desventajamás seria de este método es la posibilidad de que retorne unacantidad considerable de refrigerante líquido al compresor yprovoque su deterioro. Estos problemas pueden solucionarseintercalando algún dispositivo para reevaporar el líquido que secondense en el evaporador antes de que regrese al compresor. Elmétodo particular que se utilice para reevaporar el líquido es elfactor principal que diferencia un sistema de desescarche por gascaliente, de otro.

Un método común de desescarche por gas caliente es el deemplear un serpentín evaporador suplementario en la línea deaspiración para reevaporar el líquido. Durante el ciclo defuncionamiento normal, la válvula de solenoide en la línea deaspiración está abierta y el vapor procedente del evaporador derivadel serpentín reevaporador para evitar una pérdida excesiva depresión en la línea de aspiración. A intervalos regulares (3 a 6horas) el control de tiempo de desescarche inicia el ciclo dedescongelación, abriendo la válvula de solenoide en la línea degas caliente y cerrando la de la línea de derivación de aspiracion.Al mismo tiempo, se paran los ventiladores del evaporador yarranca el del reevaporador. El líquido condensado en elevaporador, es reevaporado nuevamente en el serpentín del

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reevaporador y regresa como vapor al compresor, en donde escomprimido y circulado nuevamente al evaporador. Cuando seha terminado la descongelación, puede cerrarse el ciclo por mediode un control de tiempo o por un control de temperatura en elevaporador. En cualquier caso, el sistema vuelve a ponerse enoperación cerrando la solenoide de gas caliente, abriendo la dela aspiración, parando el ventilador del reevaporador y arrancandolos ventiladores del evaporador.

Cuando dos o más evaporadores se conectan a un condensadorcomún se han de desescarchar por separado, según este sistema.En este caso, el evaporador en operación puede servir comoreevaporador del refrigerante condensado formado en elevaporador que se está desescarchando.

- Desescarche por inversión del ciclo:

Este sistema es el más eficaz de todos los dispositivos de desescarchepor gases calientes, ya que en este sistema la condensación de losgases es total en el evaporador, y el líquido formado se reevaporaen el condensador. Durante el período de desescarche se producela inversión de los procesos normales del condensador y delevaporador, de donde proviene la denominación de desescarchepor inversión de ciclo o desescarche por inversión de marcha.

La gran eficacia del sistema procede de que se disipa en elevaporador, que se halla bajo el ciclo de desescarche, toda lapotencia calorífica de la máquina y, generalmente, a unatemperatura de evaporación superior a la de su marcha normal.

Se puede obtener esta inversión del ciclo funcional utilizando undispositivo especial llamado válvula de inversión.

Esquema equipo con desescarche gas caliente

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3. CONDENSADORES

3.1. Condensadores. Definición, función y características

El condensador es el componente del equipo frigorífico encargado delicuar los vapores de refrigerante, a alta presión, procedente del compresor;su fin esencial consiste en el traspaso del flujo calorífico del fluidofrigorígeno al medio ambiente.

El medio de condensación ha de ser capaz de tomar del gas refrigerantetodo el calor que contiene, que es igual a la suma de calor absorbido enel evaporador y el correspondiente al trabajo mecánico de compresión.

El condensador es, en suma, un intercambiador de calor.

Se pueden distinguir tres zonas dentro del condensador:

• Zona de enfriamiento: enfriamiento de los vapores desde latemperatura del vapor recalentado hasta la temperatura decondensación (eliminación de calor sensible).

Esta fase es muy rápida debido a la gran diferencia de temperaturaque existe y se efectúa generalmente en la primera cuarta parte delcondensador.

• Zona de condensación: cesión de calor latente de condensación atemperatura constante.

Esta cesión de calor es muy lenta y necesita las dos cuartas partessiguientes del condensador. Para que esta cesión se realice es necesarioun salto de temperaturas importante entre el fluido y el medio decondensación.

• Zona de subenfriamiento: enfriamiento del líquido desde sutemperatura de condensación hasta la temperatura deseada (líquidosubenfriado).

Este enfriamiento se realiza en la cuarta y última parte del condensador.El enfriamiento que se consigue es función del salto térmico entreel refrigerante y el medio de condensación.

Condiciones que ha de cumplir todo condensador.

Los fabricantes de condensadores intentan conseguir el régimen defuncionamiento más económico posible, utilizando la mejor transmisiónde calor, intentando conseguir la disminución de la temperatura de

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refrigerante con un caudal de fluido de enfriamiento mínimo y unamejor utilización de las superficies.

Para conseguir esto el condensador debe cumplir una serie de condiciones:

• Amplia admisión de gas en el aparato.

• Rápida evacuación del líquido al depósito, sin permanencia prolongadaen las tuberías.

• Sentido inverso en la marcha del fluido y del agua o del aire en elcondensador (contracorriente).

• Gran velocidad del aire o del agua de enfriamiento.

3.2. Partes constituyentes

El condensador, al ser un intercambiador de calor, se componebásicamente de un haz de tubos lisos o con aletas donde se realiza elintercambio térmico del refrigerante con el medio condensante. A partirde ahí, los elementos que componen un condensador difieren mucho,dependiendo del tipo de condensador de que se trate.

En el siguiente punto se describen los distintos condensadores que existenhaciendo referencia a los elementos que los componen.

3.3. Clasificación de los condensadores

Los condensadores se pueden clasificar según la proporción de calorintercambiado (sensible y latente) como:

• De calor sensible:

De aire:

- Circulación natural

- Circulación forzada

De agua:

- De inmersión

- De doble tubo a contracorriente

- Multitubulares

• De calor latente:

Atmosféricos:

- Multitubulares verticales

- De lluvia

- De lluvia a contracorriente

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De evaporación forzada:

- Condensadores evaporativos

Además, los condensadores se pueden clasificar en función del mediorefrigerante empleado:

• Condensadores enfriados por agua.

• Condensadores enfriados por aire.

• Condensadores evaporativos (combinación de ambos).

En los dos primeros se produce el enfriamiento a expensas de un aumentode calor sensible del medio condensante, mientras que en el tercero serealiza gracias al calor latente de vaporización del agua, fenómeno quese favorece mediante corrientes de aire.

Condensadores enfriados por agua

El agua, absorbe el flujo calorífico del refrigerante, traduciéndose en uncalentamiento del agua que sirve para condensar el fluido refrigerante.Este calentamiento condiciona el caudal de agua que debe proporcionarseal condensador, y como su coste por metro cúbico es relativamenteelevado, puede parecer interesante disminuir el caudal de agua necesariopara la condensación, siempre que se acepte un calentamiento más altoa fin de reducir los gastos de consumo del agua. La contrapartida de estaeconomía será la elevación de la temperatura de condensación del fluidofrigorígeno y, correlativamente, un descenso del rendimiento global dela instalación. Por consiguiente, es necesario adoptar una solución decompromiso y, de acuerdo con el coste del metro cúbico de agua, debemantenerse un calentamiento comprendido entre 7ºC y 12ºC. Esteproblema de limitación del caudal no se presenta en el caso delcondensador de aire, donde podemos disponer gratuitamente de éste.

Los condensadores de agua ofrecen en su realización más diversidad quelos condensadores de aire y, teniendo en cuenta la naturaleza de los dosfluidos presentes, los coeficientes globales de transmisión térmica sonmucho más elevados que en los condensadores de aire. Por consiguiente,a capacidad calorífica igual, serán mucho menos voluminosos que loscondensadores de aire.

Los principales atributos de los condensadores enfriados por agua sonsu solidez y su elevado poder de transmisión de calor. Como inconvenientesprincipales presentan la formación de incrustaciones, la corrosión y elriesgo de congelación.

A la hora de analizar los datos suministrados por los fabricantes, se debetener en cuenta un factor de formación de incrustaciones. Bajo ningunacircunstancia, se debe seleccionar un condensador en base a los tuboslimpios.

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Condensadores de inmersión

Es el tipo más antiguo de condensador de agua. Se empleó al principiode la industria frigorífica para las máquinas de amoníaco, anhídridosulfuroso o cloruro de metilo. Hoy en día no se utilizan.

De todos modos, se emplean siempre bajo una forma que permitecombinar la función de condensador y recipiente de líquido.

Pueden construirse en versión horizontal o vertical. En la versiónhorizontal, el condensador se compone de una botella de chapa de acerodoblada y soldada cerrada en sus extremos por dos tapas embutidas ysoldadas. El fluido se condensa en el exterior del serpentín de circulaciónde agua, formado éste por un tubo de cobre liso, o con aletas laminadas,enrollado en forma de espiral de eje horizontal. El fluido condensadose recoge en el fondo del recipiente.

A potencia calorífica igual son más voluminosos que los de versión vertical,y su capacidad de condensación no sobrepasa los 8000 watios.

La versión vertical permite aumentar la gama de condensación desde 12000 a 70 000 watios. El principio de funcionamiento es el mismo:circulación de agua en el interior del serpentín de tubo de cobre, conaletas laminadas, y condensación del fluido en el exterior del haz detubos arrollados en espiral en sentido del eje vertical. La botella de acerosirve igualmente de recipiente de líquido.

Habida cuenta de su capacidad de condensación, pueden montarsevarios serpentines en paralelo, conectados a colectores de entrada y salidade agua.

En su forma vertical los circuitos de agua pueden vaciarse por gravedad,pero en la versión horizontal este vaciado sólo puede obtenerse en sutotalidad bajo una presión de aire.

Condensadores de doble tubo a contracorriente

Otro tipo de condensador enfriado por agua es el condensador de dobletubo. Es el tipo más clásico de cambiador de calor. Actualmente estádesplazado por los condensadores multitubulares. Consta de dos tubosconcéntricos en los que el fluido refrigerante circula por el espacio anular

Condensador sumergido

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comprendido entre ambos, de reducido espesor, 4 mm, y el agua derefrigeración por el interior del tubo central, realizando una verdaderacirculación a contracorriente.

Generalmente, el tubo central es de cobre y el otro de acero, con lo quedisminuye bastante el peligro de corrosión por agua.

Sus principales atributos son un alto coeficiente de transmisión térmica,facilidad de limpieza y poca ocupación de espacio.

Para este tipo de condensador se puede tomar como coeficiente detransmisión K=700-950 W/m2 ºC.

Dichos condensadores requieren una botella recipiente de líquido enel circuito.

El principal inconveniente son las elevadas pérdidas de carga, aunquese trata de reducirlas disminuyendo el número de codos y limitando laslongitudes de los tubos. Por las condiciones de velocidad citadas, el aguatiende a dejar menos depósitos, y, aunque su limpieza se realiza fácilmente,se debe descartar su uso cuando el agua contenga altas proporciones dematerias grasas o bien aceites, como en el caso de aguas de puertos.

Condensadores multitubulares

Es un condensador muy utilizado. Consta de un envolvente cilíndrica,en cuyo interior van montados tubos paralelos longitudinales, fijados enambos extremos a unas placas tubulares.

Por los tubos circula el agua, que encuentra en las tapas de los extremos,unos tabiques divisorios que le obligan a efectuar un cierto número depasos longitudinales.

El fluido circula por el interior de la envolvente, bañando la superficieexterior de los tubos de forma que se delimitan dos espacios aislados

Condensador doble tubo

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para la circulación de los dos fluidos. La parte inferior de la virola sirvede recipiente del líquido condensado.

Las dimensiones de estos condensadores son muy variables, encontrándosediámetros de la carcasa comprendidos entre 0,10 y 1,60 m y longitudesde tubos entre 0,90 y 6,0 m: Los diámetros de tubos más corrientes, vande 1,6 cm hasta 5,1 cm, y el número de tubos contenidos en el condensadorpuede variar desde seis hasta más de un millar.

Una preocupación general a tomar en estos condensadores es la de evitarlas variaciones bruscas de temperatura que dan lugar a dilataciones ocontracciones rápidas.

Podemos encontrarlos bajo dos formas bien distintas:

• Condensadores multitubulares horizontales.

• Condensadores multitubulares verticales.

Condensador multitubular horizontal.

El haz de tubos se puede construir mediante tubos lisos, tubos rectoscon aletas laminadas o con tubos en U y aletas laminadas.

La superficie de condensación se obtiene por la superficie exterior delos tubos que forman el haz multitubular, los construidos con tubos lisosimplican virolas de diámetros muy grandes a fin de montar mayor númerode tubos. Para reducir en lo posible este diámetro, y cuando se trata defluidos clorofluorados, se emplean tubos con aletas laminadas sobre lamasa del tubo y que, comparativamente con los tubos lisos de dimensionesanálogas, presentan, por metro lineal, superficies de intercambio de tresa cinco veces superiores. Aumentada extraordinariamente la superficiede intercambio en el lado del fluido, las dimensiones generales delaparato quedan asimismo reducidas. El modo de construcción de estetipo de condensador es similar al de tubos lisos.

Otra forma de construir el haz de tubos es mediante tubos doblados enforma de espiga formando cada uno una «U».

Con esta disposición, y por las razones expuestas anteriormente, seconsigue un volumen mucho más reducido, a potencia igual, que conun condensador de tubos lisos.

Los elementos que constituyen este tipo de condensadores son lossiguientes:

• Un cuerpo cilíndrico, llamado calandria, construido de tubo de aceroestirado sin soldadura, o bien, si el diámetro es demasiado grande,con chapa de acero doblada y soldada.

• En uno de los extremos laterales de la calandria va soldada una tapade fondo, de acero, donde se mandrinan los extremos libres del hazde tubos.

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• Un haz tubular formado por tubos doblados en forma de espigaformando cada uno una «U».

• En la parte opuesta a donde se monta la tapa de fondo, la calandriava cerrada mediante una tapa de acero embutida.

• Una tapa tabicada, incorpora las tomas de entrada E y de salida S delagua, obteniendo, por medio del tabique separador, el número de«pasos» deseados para la circulación del agua en el haz de tubos.

• La entrada del fluido y la salida del líquido condensado van dispuestasen forma alternada en la virola.

Condensadores multitubulares verticales

Los condensadores multitubulares verticales se consideran comointercambiadores de calor intermedios entre los que utilizan calor sensibley los condensadores de evaporación natural o forzada.

Estos condensadores son prácticamente idénticos de concepción que loscondensadores multitubulares horizontales de tubos lisos, pero colocadosverticalmente. Además los fondos donde terminan los tubos de circulaciónde agua están abiertos al aire.

Como en los condensadores horizontales multitubulares, encontramosde nuevo: la calandria, las tapas de fondo y el haz tubular, habiendo, sinembargo, desaparecido las tapas tabicadas. El haz tubular desemboca alaire libre. El agua desciende verticalmente por el interior de todos lostubos en paralelo.

Al alimentar un tubo vertical por un tanque superior que contenga unaaltura reducida de agua, se produce naturalmente un fenómeno deremolino que proporciona al agua un movimiento de giro muy rápidoque le hace seguir la pared interior del tubo a través de un movimientohelicoidal sin llenar completamente el tubo. Esta notable propiedad enla circulación de los líquidos se utiliza en este tipo de condensadores afin de tener una velocidad de circulación elevada con un gasto reducido.

No hallándose los tubos llenos de agua, pueden servir entonces dechimenea de circulación de aire ya que el condensador se halla dispuesto

Condensador multitubular en U

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siempre en el exterior del edificio. El inicio del movimiento de giro sepuede facilitar por la instalación en la parte superior de los tubos deagua de unas chapas en forma de hélice, o bien de unas piezas de cerámicacon hendiduras helicoidales. Como que el citado fenómeno de remolinono puede producirse de forma eficaz más que en tubos de diámetrobastante grande, este tipo de condensador se emplea especialmente enlas máquinas de amoníaco.

El fluido refrigerante circula por el interior de la calandria.

En la parte superior del haz tubular se encuentra el dispositivo dealimentación del agua que se compone de un tanque alimentadogeneralmente por una válvula de flotador que, por rebosadero, alimentacon una carga constante los distribuidores de agua montados en elextremo superior de cada tubo del haz tubular. La parte inferior delcondensador descansa sobre una base de hormigón en forma de cubetapara la recuperación del agua, con un tubo de desagüe, y rebosaderoque evita toda obstrucción en la circulación ascensional del aire en elinterior del haz tubular.

Es un condensador que puede utilizarse con agua de mar, pero no conaguas muy duras.

El consumo de agua es aproximadamente el doble que en un condensadormultitubular horizontal, pero puede reducirse a su tercera parteacoplándolo con una torre de enfriamiento.

La principal ventaja de este condensador es que los tubos pueden limpiarsesin interrumpir el funcionamiento de la instalación.

Condensador atmosférico por simple agua de lluvia

Este condensador está formado por unos serpentines verticales de tubode acero espaciados alrededor de 0,6 m entre ellos, sobre cada uno de

Condensador vertical

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los cuales se coloca el distribuidor, consiguiéndose así la lluvia o rociadodel agua de condensación. Esta agua se recupera en la parte inferior delcondensador en una balsa de cemento cuyo nivel se mantiene constantepor medio de una válvula de flotador. La bomba de circulación efectúala recirculación del agua sobre el haz de tubos. Las distintas hileras deserpentines se unen en la parte superior e inferior a través de los colectores.

Estos condensadores requieren mucho cuidado en su conservación paraevitar la corrosión de los tubos, la formación de sarro y el desarrollo dealgas en el exterior del haz tubular.

El bajo valor del coeficiente de transmisión y los imperativos de su diseñoconducen a aparatos muy voluminosos, por lo que los constructores hanbuscado la forma de mejorar el coeficiente global de transmisión térmicaa fin de reducir la superficie del aparato y, por lo tanto, su volumen.

La manera de mejorar el coeficiente de transmisión térmica es mediantela construcción de los condensadores de lluvia de agua a contracorriente.

Condensadores atmosféricos de lluvia de agua a contracorriente(condensador Block)

Este condensador funciona enteramente a contracorriente. Los gasescalientes penetran por la parte inferior de cada serpentín de tubo y ellíquido sale por la parte superior. Los tubos de un mismo serpentín seunen entre sí por medio de unas curvas de forma especial, en las que laparte superior, formando una especie de bucle de arco elevado, permitemantener cierta cantidad de líquido en la parte inferior del tubo. Cuandola cantidad de líquido llega a un punto que forma tapón, la cantidadexcedente es arrastrada en el tubo superior por los gases descargados yasí, de tubo en tubo, hasta alcanzar el tubo más alto de donde el líquidoes evacuado hacia la botella de líquido.

La presencia constante de líquido y de vapor en los tubos mejora deforma importante el coeficiente de transmisión.

Condensador de lluvia.

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Condensadores evaporativos

El condensador evaporativo es una combinación de un condensador yuna torre de enfriamiento. Es un condensador atmosférico con circulaciónforzada de agua y flujo de aire. Este tipo de condensador se ha impuestopor la necesidad de reducir el elevado consumo de agua de condensaciónque presentan los otros tipos de condensadores.

Constan en esencia de un condensador de tubos con aletas, en el quela entrada del refrigerante es por la parte superior y la salida por el fondodel condensador.

Este condensador va instalado en el interior de una caja, que tiene unaentrada para aire, por una de las partes laterales inferiores y una salidapara aire en el techo.

La parte baja de la caja está formada por un recipiente para agua, cuyonivel se mantiene constante gracias a una válvula flotador.

El agua es tomada desde el recipiente, y por medio de una bomba esconducida a unas toberas pulverizadoras colocadas sobre el condensador.

Condensador Block

Condensador evaporativo

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Sobre las toberas van colocadas unas placa eliminadoras, que impidenque el agua pueda ser arrastrada por el aire.

En el techo de la caja, y en el orificio de salida, hay un electroventiladorque provoca una ventilación forzada de éste.

El funcionamiento de este tipo de condensadores es el siguiente:

El aire que entra por la parte inferior del aparato es aspirado por elventilador y obligado a atravesar los serpentines de condensador, paraser expulsado por la parte superior.

El agua bombeada desde el recipiente situado en la parte inferior caeen forma de lluvia contra el aire que atraviesa los serpentines.

Separadores adecuados impiden que el agua sea arrastrada por el aire.

El agua absorbe el calor cedido por el fluido refrigerante a través de losserpentines del condensador en forma de calor sensible, elevando sutemperatura.

El aire, al atravesar la cortina acuosa, absorbe algo del agua que rocíalos serpentines, llevándose como calor latente el calor absorbido por elagua.

Como es lógico, el rendimiento de estos condensadores depende de lahumedad relativa del aire y de la temperatura de condensación del fluido.

La diferencia entre la temperatura de condensación y la temperaturamedia del agua de refrigeración varía entre 4°C y 7°C, lo que permitemejores rendimientos que pueden reducir la potencia del compresor.

El consumo de agua teórico se fija entre el 1,5 y el 3% respecto al de losotros tipos, aumentando a un 5-10% en los meses de verano. Además delagua vaporizada, para conseguir el enfriamiento es necesario considerarel agua de purga, así como el agua que el aire arrastra en forma de gotitas.

Se fijará un valor de consumo de agua entre el 10% y el 15%, valor quese ha establecido en 2 a 3 litros/h por 1.000 frig/h.

La velocidad superficial del aire se debe fijar para que no se produzcaun elevado arrastre de gotitas, y para que la potencia consumida no seaelevada. Los valores normales varían de 1,6 a 2,5 m/s.

La fuerza motriz consumida por la bomba de circulación de agua y elventilador se estiman entre el 7% y el 8 % de la potencia del compresor.

El coeficiente global de transferencia de calor varía mucho según lostubos interiores lleven o no aletas y según el tipo de éstas. Se tienenvalores en torno a 350-700 W/m2°C para tubos con aletas, según el diseñode las mismas.

El mayor inconveniente de este tipo de condensadores es su coste, algo

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elevado, pero estos gastos se amortizan al haber escasez de agua o cuandoresulta cara la obtención de la misma.

También presentan una estructura de complicada construcción y sonmuy voluminosos, teniendo una gran facilidad para la formación deincrustaciones.

Sin embargo, presentan otra ventaja, y es la de poderlos utilizar comocondensadores enfriados por aire cuando las temperaturas son bajas,como en invierno, y como evaporativos cuando las temperaturas sonelevadas.

Condensadores enfriados por aire

El aire es un medio de condensación del que se puede disponergratuitamente de forma ilimitada, con lo cual debería de ser el elementoelegido para conseguir la condensación de los vapores del fluidorefrigerante.

Sin embargo, el aire tiene un calor específico muy bajo (Cp = 0,24Kcal/Kg°C) y, por otra parte, el coeficiente de transmisión térmica entreun vapor condensante y un gas es igualmente reducido. Estas doscaracterísticas obligan a que se tengan que mover grandes volúmenes deaire y a poner en juego elevadas superficies de intercambio para potenciasfrigoríficas relativamente pequeñas. Ello implica la necesidad de aparatosmuy voluminosos y explica por qué los condensadores de aire equipansolamente máquinas frigoríficas de potencia igual o inferior a 6.000 W.De todas formas, debido tanto al precio del m_ de agua como a lasrestricciones en su consumo, existen cada vez más máquinas frigoríficasindustriales equipadas con condensadores de aire (se denominancondensadores remotos). Hoy día, los condensadores enfriados por aireson utilizados en grandes instalaciones industriales, incluso en aquéllasque utilizan amoniaco.

Los principales .factores a favor de los condensadores enfriados por aireson: economía de agua, facilidad de instalación, seguridad, escasomantenimiento (25% del de los enfriados por agua), útiles en casos dealtos costes de agua y bajos costes de energía eléctrica, adecuados encasos de aguas duras y/o corrosivas, y para climas húmedos pero no muycálidos, y facilidad para obtener elevados intercambios con aletas eficaces.

Como inconvenientes se le atribuyen: mala transmisión de calor,temperaturas de condensación altas, y costes reales de instalación yfuncionamiento elevados.

Normalmente, la temperatura de condensación se sitúa entre 10º C y 15°C por encima de la temperatura del ambiente.

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Según como se consiga la circulación del aire sobre el condensador, seclasifican en condensadores de convección natural, los cuales ya no seutilizan más que en refrigeradores domésticos de muy pequeña capacidady en condensadores de convección forzada, por la acción de un ventilador.

Condensadores de convección natural

Como acabamos de decir se utilizan solamente para las instalaciones demuy reducida potencia (aparatos domésticos o similares). Construidosal principio con tubo y aletas no se realizan ahora en dicha forma, yaque los tubos con aletas se llenan de polvo muy rápidamente y, como ladisposición del condensador se halla debajo del mueble, existiendo,además, el hecho de que la velocidad del aire es muy débil, quedafavorecida aún más la formación de depósitos de polvo y suciedad sobrelas aletas.

Actualmente estos condensadores están formados por un tubo en formade serpentín aplicado sobre una chapa que forma una aleta única,perforada para evitar resonancias, o bien, soldado sobre un entramadode hilos metálicos, colocándose entonces el condensador en sentidovertical detrás del aparato. El espacio necesario para la circulación delaire se obtiene por medio de tacos separadores de materia plástica.

Condensadores de convección forzada

Para potencias frigoríficas superiores a las instaladas en aparatos domésticoses indispensable utilizar condensadores de aire con circulación forzadade aire a fin de que los aparatos utilizados tengan un volumen compatiblecon las potencias caloríficas que han de evacuarse.

Estos condensadores se utilizan para los grupos frigoríficos llamadosgrupos comerciales. Se emplazan sobre la base del grupo compresor, yla hélice de ventilación se monta sobre la polea del motor de accionamientodel compresor, si se trata de un compresor accionado por correas. En elcaso de los motocompresores herméticos o herméticos accesibles, seobtiene la circulación de aire sobre el conjunto aleteado por medio deuno (o varios) electroventiladores independientes.

Deben mencionarse también los dispositivos de ventilación adoptadossobre los condensadores de aire de potencia calorífica elevada instaladosa distancia del conjunto motor-compresor. Bajo esta forma, la potenciacalorífica evacuada por estos condensadores, en cuanto al flujo térmicointercambiado, corresponden generalmente a potencias frigoríficas delorden de 40.000 Watios.

Por razones económicas de explotación, o de falta total de agua decondensación puede llegar a desarrollarse condensadores de aire hastauna potencia unitaria de 2000 KW.

3.4. Selección de los condensadores

Es necesario tener en cuenta la siguiente información a la hora de elegirel condensador más adecuado:

• Flujo de refrigerante.

• Temperatura de evaporación.

• Temperatura de condensación.

• Temperatura de entrada agua/aire.

• Temperatura de salida agua/aire.

• Tipo de factor de corrección aplicado.

El criterio fundamentalmente utilizado para la elección del condensadores la disponibilidad de agua.

Existiendo agua en cantidades suficientes y sin limitaciones, todas lasrazones, técnicas y económicas apuntarán a un condensador multitubularde tipo vertical, cuando el agua disponible sea sucia, y de tipo horizontalcuando el agua sea dura.

En aquellos casos en los que el agua sea un elemento condicionante seelegirán condensadores evaporativos, condensadores multitubularescombinados con torres de enfriamiento, o bien condensadores enfriadospor aire.

Se ha de tener en cuenta también el precio y el espacio ocupado.

Hay que considerar también la resistencia que opone el condensador alpaso del fluido, tanto al de refrigerante como al del que realiza elenfriamiento. La pérdida de carga en los circuitos del fluido refrigeranterepercute en un aumento de la presión de descarga.

Para la elección de condensadores atmosféricos, evaporativos o combinadoscon torres de enfriamiento hay que considerar las condicionesclimatológicas, ya que funcionan mal en climas muy húmedos y cálidos.

Los condensadores enfriados por aire son utilizados en climas cálidos,siempre que la temperatura del termómetro seco no sobrepase los 37°C.

En los condensadores enfriados por agua, el calentamiento de ésta debeser calculado en función de su temperatura de entrada, tomándoseusualmente entre 5º C y 6°C, y siempre considerando que el calentamientomáximo no debe exceder de 15°C.

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3.5. Funcionamiento del condensador

Carga del condensador

Puesto que el calor cedido en el condensador por el refrigerante al mediode condensación incluye tanto el calor absorbido en el evaporador comoel trabajo de compresión, la carga total de calor a eliminar en elcondensador siempre excederá a la del evaporador en una cantidad igualal trabajo de compresión.

Para condiciones de operación fijas, existe una relación entre la cargadel condensador y la del evaporador:

donde:

= capacidad de l condensador en W.

=capacidad frigorífica del evaporador en W.

=potencia indicada real en W.

Capacidad del condensador

La capacidad frigorífica del condensador está determinada por los mismosfactores que rigen el flujo de calor a través de cualquier superficie detransferencia de calor y está expresada por la ecuación:

donde:

• : capacidad del condensador en W.

• K: Coeficiente global de transmisión de calor, en W/m2 °C.

• A: Superficie de intercambio del condensador, en m2.

• : Diferencia de temperatura media logarítmica, en grados C, entrela temperatura de condensación del refrigerante y la del mediocondensante.

Para un determinado valor de K, la capacidad del condensador dependedel área del condensador y de la diferencia de temperatura entre elrefrigerante y el medio condensante. Para cualquier condensador de undeterminado diseño y tamaño, donde el área y K son fijos, la capacidaddel condensador será función de la diferencia de temperatura entre elrefrigerante y el medio de condensación. Por lo tanto, para uncondensador dado, la capacidad del condensador se incrementa o

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disminuye sólo si se aumenta o disminuye el salto térmico. Si se asumeque la temperatura del medio de condensación es constante, el aumentoo disminución de la capacidad de condensador depende del aumentoo reducción de la temperatura de condensación.

Dado que la carga del condensador es siempre proporcional a la cargadel evaporador cualquier variación en la carga del evaporador provocaráuna variación en la carga de condensación.

Coeficiente global de transmisión (coeficiente global práctico)

En el intercambio térmico entre dos fluidos que circulan a uno y otrolado de una pared, la resistencia global al paso del fluido térmico es iguala la suma de las resistencias parciales ofrecidas por los elementosconstitutivos de la pared, por lo que tendremos:

El coeficiente global de transmisión de calor K es la inversa de R:

Como antes hemos indicado, los intercambios de calor que se producenen el condensador hacen que podamos diferenciar tres zonas dentro delmismo:

• Zona de enfriamiento.

• Zona de condensación.

• Zona de subenfriamiento.

Como en cada zona el estado del refrigerante es diferente, las condicionesde transferencia de calor difieren de una zona a otra con lo que elcoeficiente de transmisión de calor será diferente y variable en cada una,de acuerdo con la naturaleza del medio de condensación (aire o agua).

Considerando la sección de un tubo de condensador tenemos, cualquieraque sea la zona de funcionamiento en que coloquemos esta sección deltubo:

• El refrigerante en circulación en el interior del tubo, cuando lamáquina se halla en régimen permanente, tiene en este puntoparticular una velocidad Vr (m/s) y una temperatura Tr (ºC).

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• En el exterior del tubo, el medio de condensación, el cual, en lasmismas condiciones de funcionamiento, tiene una velocidad decirculación de Vf (m/s) y una temperatura Tf (ºC).

• Separando las dos corrientes de fluido, tenemos la pared del tubo,una pared metálica de espesor e (mm), bañada en sus dos caras porlos fluidos que se hallan en circulación y cuyas temperaturas respectivasson Tr, y Tf. En todos los puntos del condensador la temperatura delrefrigerante Tr, es superior a la temperatura del medio de condensaciónTf.

El intercambio de calor a través de las paredes del tubo se realiza:

• Por convección del fluido frigorígeno en la superficie interna deltubo.

• Por conducción a través de la pared metálica del tubo.

• Por convección de la superficie exterior del tubo al medio decondensación.

En la realidad, las condiciones de funcionamiento hacen que esto nosea completamente cierto. La pared interior de los tubos se hallarárecubierta de una película de aceite, a pesar de que se instalen separadoresde aceite en la descarga del compresor. Además sobre la pared exteriora pesar de las precauciones que se toman para conservar bien limpia lasuperficie exterior del condensador, en el caso de los condensadores deaire, existe siempre una cantidad de polvo atmosférico, y en el caso delos condensadores de agua sarro.

La pared metálica que nos encontrábamos antes, se ha convertido enuna pared compuesta por tres capas, donde el flujo calorífico es funcióndel espesor y conductividad térmica de cada capa.

Ahora el intercambio térmico se produce:

• Por convección del fluido frigorígeno en la superficie de la películade aceite que recubre la pared interna del tubo.

• Por conducción entre las distintas capas superpuestas: aceite-espesordel tubo-sarro (o polvo).

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• Por convección de la superficie externa del sarro (o de la capa depolvo) al medio de condensación.

La conductividad térmica del sarro o polvo son menores que la delos metales, por tanto deberá mantenerse lo más limpia posible lasuperficie bañada por el medio de condensación, eliminando de laforma más eficaz posible toda señal de sarro o polvo.

El coeficiente global de transmisión térmica en estas condicionespara cada zona diferenciada del condensador se calcula de la siguienteforma:

Partiendo de las dos ecuaciones anteriores y sabiendo que:

• : coeficiente de convección del refrigerante (en las condicionesde circulación de este fluido), expresado en W/m2 ºC.

• : coeficiente de convección del medio condensante (en lascondiciones de circulación de este fluido), expresado en W/m2 ºC.

• : espesor de la película de aceite, expresado en metros.

• : espesor del tubo que constituye el condensador, expresadoen metros.

• : espesor del sarro (o polvo), expresado en metros.

• : coeficientes de conductividad térmica de los elementoscorrespondientes, expresado en W/m ºC.

Conociendo todos estos elementos podemos calcular los valores respectivosde los coeficientes globales de transmisión térmica por zona de trabajoK1, K2, K3.

Coeficiente global práctico

Teniendo los coeficientes globales de transmisión térmica un valordiferente por cada zona, hace falta determinar la superficie de cada zonapara formar un conjunto coherente.

En realidad, esta determinación se simplifica por parte de los constructoresde aparatos con la adopción de un coeficiente de orden práctico comopromedio de transmisión de calor, teniendo en cuenta que las cantidadesde calor evacuadas en las zonas de enfriamiento y de subenfriamientoson reducidas, en relación con las zonas de condensación.

Estos coeficientes son consecuencia de los datos experimentales obtenidosen la explotación de las máquinas frigoríficas.

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El coeficiente global práctico de transmisión térmica K de un condensadornos indica la cantidad de calor expresada en Watios que el condensadorpuede evacuar por metro cuadrado de superficie y por grado de diferenciaentre la temperatura del refrigerante y la temperatura del medio decondensación.

La forma del condensador, la naturaleza del metal empleado y el sistemade fabricación, determina este coeficiente de transmisión que debe serdeducido en cada tipo de forma experimental.

En la siguiente tabla se indican los coeficientes globales de transmisióntérmica K de cada tipo de condensador:

3.6. Flujo e incremento de la temperatura del mediocondensante

Tanto en el caso de condensadores enfriados por aire o por agua, lacantidad de calor eliminado por el refrigerante al condensar, incrementala temperatura del medio de condensación. El incremento de temperaturaexperimentado por el medio que refrigera el condensador es directamenteproporcional a la carga del condensador e inversamente proporcionalal caudal y calor específico del mismo:

Medio de condensación Tipo K (W/m2 ºC)

Circulación natural 9 a 12Aire

Circulación forzada 24 a 30Inmersio 240 a 300Doble tubocontracorriente

700 a 950Agua

Multitubulareshorizontales

700 a1100

Multitubularesverticales

800 a1400

De lluvia simple 240 a 300AtmosféricosDe lluvia acontracorriente

800 a1100

Evaporación forzada Evaporativos 240 a 350

Grupo

De calorsensible

De calorlatente

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donde:

• = Temperatura del aire o agua a la salida del condensador, expresadoen ºC.

• = Temperatura del aire o agua a la entrada del condensador,expresado en °C.

• = Capacidad del condensador, expresado en Kcal/h.

• = Masa de aire o agua que circula a través del condensador,expresado en Kg/h.

• = Calor específico a presión constante del aire o agua, expresadoen Kcal/Kg°C.

Asumiendo que tiene un valor constante para una carga del condensadordada la ecuación anterior contiene sólo dos variables: y siendoel valor de cada una de ellas inversamente proporcional al valor de laotra.

A mayor masa de aire o agua a través del condensador, menor saltotérmico se necesita en el medio condensante para obtener la mismacapacidad del condensador y viceversa.

Retomando la ecuación que define la capacidad frigorífica delcondensador:

y aplicándola a la ecuación anterior, tenemos:

siendo:

donde:

=temperatura de condensación del fluido refrigerante en ºC.

Para un condensador determinado (con un área y coeficiente de

transmisión definido) y una carga de condensación dada ( ), latemperatura de condensación del refrigerante en el equipo dependerásólo del incremento de temperatura del medio condensante . Cuantomás bajo sea el incremento de temperatura del medio condensante, másbajo es con lo cual más baja es la temperatura de condensación .

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Dado que el incremento de temperatura del medio condensante disminuyecuando el caudal del medio que fluye aumenta, cuanto mayor es lacantidad de medio condensante circulando, más bajo es el incrementode temperatura de dicho medio. Por lo tanto, para una determinadacarga del condensador, a mayor flujo del medio condensante, menortemperatura de condensación.

En la práctica, se admite que la temperatura de condensación se sitúaalrededor de 5°C por encima de la temperatura de salida del agua delcondensador, pudiendo variar el calentamiento del agua circulada entre 5º C y 12°C.

En el caso de los condensadores de aire se admite generalmente que latemperatura de condensación sea superior en 7ºC-8°C a la temperaturade salida del aire, calentándose éste de 6º C a 8°C. Este aumento detemperatura conduce a que la temperatura de condensación sea 15°Csuperior a la temperatura del ambiente, que es la de entrada del aire enel condensador.

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4. DISPOSITIVOS DE SEGURIDAD Y REGULACIÓN

4.1. Tipos de dispositivos de seguridad y regulación

Control de flujo de refrigerante

Debido a la necesidad para controlar el refrigerante y a su adaptabilidada las muchas y variadas aplicaciones del ciclo de refrigeración, la válvulade expansión termostática ha jugado un papel importante en el continuoprogreso de la industria de refrigeración y su tecnología. Como muchosotros componentes del sistema, el desarrollo de la válvula de expansióntermostática, ha sido un resultado de la evolución técnica tal y comoexplicaremos en los sucesivos apartados.

Válvula de expansión manual:

En el comienzo de la refrigeración mecánica, el control del refrigerantese hacía con una válvula de aguja operada manualmente (en la actualidadaún se emplea en sistemas de refrigeración con amoníaco). Este dispositivoproporciona alguna medida de control en aplicaciones donde la cargaes constante, pero no responde a otras condiciones que afectan la cantidadde refrigerante que pasa a través de ella, tales como cambios de presiónen el líquido causados por variaciones en la presión de descarga delcompresor. De acuerdo con esto, el uso de la válvula de expansión manual,requiere supervisión constante. El consiguiente desarrollo de un mediopara superar esta dificultad, produjo lo que se conoció como la válvulade expansión automática.

Válvula de expansión automática:

La válvula de expansión automática fue un decidido progreso sobre laválvula de expansión manual. Mantiene la temperatura más constantey controla mejor la escarcha en la línea del evaporador. También, cierrala línea de líquido cuando para el compresor, y evita el flujo excesivo alarrancar el mismo.

Habitualmente, se instala un filtro a la entrada del líquido a la válvulapara de prevenir la entrada de contaminantes que puedan causar laobstrucción de la misma.

Una válvula de expansión automática mantiene la presión constante enel evaporador, inundando menos la superficie del mismo en respuestaa los cambios de carga del sistema. La presión constante característica



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de la válvula de expansión automática resulta de la interacción de dosfuerzas opuestas:

• Presión del evaporador.

• Presión del muelle.

En la figura siguiente se aprecian las partes constituyentes de la válvulade expansión automática.

La presión del evaporador ejercida en un lado del diafragma actúa paramover la válvula en la dirección de cierre, mientras que la presión delmuelle en el lado opuesto del diafragma actúa moviendo la válvula enla dirección de apertura. Cuando el compresor está funcionando laválvula funciona manteniendo en equilibrio la presión del evaporadorcon la presión del muelle. Como su propio nombre indica, la operaciónde la válvula es automática y una vez que la tensión del muelle se ajustapara una determinada presión del evaporador, la válvula operaráautomáticamente para regular el flujo de líquido refrigerante en elevaporador de tal forma que la presión de evaporación deseada seamantenida independientemente de la carga del evaporador. Cuanta mássuperficie del evaporador se convierta en efectiva, el grado de vaporizaciónaumenta y la presión del evaporador aumenta hasta equilibrar la presióndel muelle y viceversa. Es importante señalar que las características defuncionamiento de la válvula de expansión automática son tales que laválvula cierra cuando el compresor está parado y permanece cerradahasta que el compresor entra en funcionamiento.

La vaporización en el evaporador continúa un corto período después dela parada del compresor y dado que el vapor resultante no es eliminadopor el compresor, la presión en el evaporador aumenta. Debido a quedurante la parada del ciclo, la presión del evaporador excederá a lapresión del muelle, la válvula permanecerá cerrada. Cuando el compresorarranca la presión del evaporador se reduce por debajo de la presión delmuelle, la válvula abre y admite suficiente líquido en el evaporador paraestablecer el equilibrio en operación entre la presión del muelle y la del

Válvula de expansión automática



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evaporador. El principal inconveniente de la válvula de expansiónautomática es su baja eficiencia comparada con otros controles de flujorefrigerante. Analizando la relación evaporador-compresor, es evidenteque para mantener una presión constante en el evaporador se requiereque el grado de vaporización en dicho equipo se mantenga constante.En el caso de que la carga del evaporador sea alta y la transferencia decalor por unidad de superficie de evaporador sea elevada se necesita unaestrangulación severa del líquido para limitar la cantidad efectiva desuperficie de evaporación. Cuando la carga del evaporador disminuyey la transferencia de calor por unidad de superficie del evaporador sereduce, más y más superficie del evaporador debe ser inundada conlíquido con objeto de mantener un grado de vaporización constante.

Tiende a sobrealimentar refrigerante al evaporador cuando la cargatérmica es baja, o a no alimentar suficiente cuando la carga térmica esalta. Por lo tanto, la disminución de la temperatura es lenta; ya que nose aprovecha el área completa del evaporador ni su capacidad, al arrancarel ciclo de refrigeración. A fines de la década de los 20 se desarrolló undispositivo que superaba las limitaciones que tenían los otros dos tiposde válvulas de expansión, la manual y la automática. A este dispositivose le llamó válvula de expansión termostática.

Válvula de expansión termostática:

Originalmente, el propósito era que controlara el flujo de refrigerantelíquido hacia el evaporador, de tal manera que lo mantuviera todo eltiempo activo; es decir, que el evaporador estuviera todo el tiempo llenode refrigerante líquido para aprovechar al máximo la extracción de calorlatente, aún con las variaciones de la carga térmica, y también, quecuando el compresor parara, se cerrara la válvula. Obviamente, si elevaporador está todo el tiempo lleno de líquido, no se tendría vaporsobrecalentado y ese líquido estaría regresando al compresor. En laactualidad sabemos que esto no es conveniente, y que a la salida delevaporador, el refrigerante debe de estar en forma de vapor y a unatemperatura mayor que la de saturación. Ésta es una de las funciones dela válvula de expansión termostática: mantener un sobrecalentamientoconstante a la salida del evaporador.

La válvula de expansión termostática o válvula de termo-expansión, esun dispositivo de medición diseñado para regular el flujo de refrigerantelíquido hacia el evaporador, en la misma proporción en que el refrigerantelíquido dentro del evaporador se va evaporando. Esto lo logra manteniendoun sobrecalentamiento predeterminado a la salida del evaporador (líneade succión), lo que asegura que todo el refrigerante líquido se evaporedentro del evaporador, y que solamente regrese al compresor refrigerante



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en estado gaseoso. La cantidad de gas refrigerante que sale del evaporadorpuede regularse, puesto que la válvula de expansión termostática respondea:

• La temperatura del gas que sale del evaporador.

• La presión del evaporador.

Las principales funciones de una válvula de termo expansión son: reducirla presión y la temperatura del líquido refrigerante, alimentar líquidoa baja presión hacia el evaporador, según la demanda de la carga, ymantener un sobrecalentamiento constante a la salida del evaporador.

En la figura siguiente se aprecian las partes constituyentes de la válvulade termo expansión.

En la figura, se puede ver que el bulbo remoto está conectado a la partesuperior de la válvula termo expansión mediante un tubo capilar. Elbulbo se ubica en la línea de succión, justo a la salida del evaporador. Elbulbo y el capilar contienen un fluido (carga) que puede ser líquido ogaseoso, el cual «siente» la temperatura del gas de succión que pasa poreste punto. En esta posición, el bulbo y el fluido dentro de éste tienenaproximadamente la misma temperatura del gas de succión. Los cambiosde temperatura causan que aumente o disminuya la presión del fluidodentro del bulbo.

Válvula de expansión termostática con igualador interno:

En sistemas pequeños donde no se considera caída de presión a travésdel evaporador, la presión del evaporador que se usa para que actúedebajo del diafragma es la de la entrada. Para esto, las válvulas empleadastienen maquinado un conducto interno que comunica el lado de bajapresión de la válvula con la parte inferior del diafragma. A este conductose le conoce como «igualador interno».

Válvula de termo expansión

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Válvula de expansión termostática con igualador externo:

Cuando existe caída de presión a través del evaporador, la presión quedebe actuar bajo el diafragma es la de la salida del evaporador; por loque una válvula con igualador interno no operaría satisfactoriamente,como se explicará más adelante. Las válvulas que se utilizan en estoscasos son válvulas con «igualador externo». En este tipo de válvulas eligualador no comunica al diafragma con la entrada del evaporador, sinoque este conducto se saca del cuerpo de la válvula mediante una conexión.Además, es necesario colocar empaques alrededor de las varillas deempuje, para aislar completamente la parte inferior del diafragma de lapresión a la entrada del evaporador. Una vez instalada la válvula, estaconexión se comunica a la línea de succión mediante un tubo capilar,para que la presión que actúe debajo del diafragma, sea la de la salidadel evaporador.

Válvula de expansión electrónica:

Para tener una simple y rápida visión de las posibilidades actuales se haráreferencia a dos parámetros de regulación y a un campo concreto deaplicación:

- Inyección de líquido electrónicamente.

- Regulación de la presión de evaporación.

La inyección de líquido en evaporadores secos se ha realizado y se siguerealizando en este campo, mediante las válvulas termostáticas de expansióncon un buen resultado. Sin embargo, dentro de sus limitaciones deutilización se pueden destacar:

- Dependencia del tipo de refrigerante utilizado.

- Dificultad de ajuste y diagnóstico.

- Sensibilidad a los cambios de las condiciones de funcionamiento.

A la válvula de expansión controlada electrónicamente se le ha de exigirpor tanto, un cierto número de ventajas:

- Funcionamiento independiente del refrigerante.

- No ha de necesitar ajustes, debiendo presentar dispositivos deautodiagnosis.

- Debe de facilitar un control óptimo de la inyección de refrigeranteen condiciones de funcionamiento variables.

El sistema de la válvula de expansión electrónica consiste en trescomponentes:

- Regulador electrónico.



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- Válvula con accionador.

- Sensores.

El regulador debe estar conectado a la tensión de la red de alimentación.La utilización de la tensión de la red de suministro de electricidad facilitala instalación y simplifica la utilización. Todas las entradas y salidas estánigualmente a nivel de la tensión de la red.

La válvula de expansión electrónica es una válvula de solenoide (másadelante se explicará en qué consiste una válvula de solenoide)proporcional con un orificio de expansión incorporado. La válvulafunciona al mismo tiempo como válvula de expansión y como solenoide.La válvula efectúa la regulación de acuerdo con el principio de modulaciónpor anchura de impulsos. El período de funcionamiento de la misma hasido fijado en 6 segundos, es decir, dentro de cada período de 6 segundosla válvula abre y cierra una vez. Si se necesita una mayor cantidad de frío,la válvula permanece abierta durante la casi totalidad de este período detiempo. Cuando no se necesita suministro de líquido, la válvula cierraherméticamente.

Tubo capilar:

Se trata del dispositivo más sencillo de regulación y control de flujo fluidofrigorígeno; está formado por un tubo de cobre cuya longitud y diámetrodependen de la pérdida de carga que se necesite obtener, naturaleza yestado del flujo. La posición en la que se instala, entre el condensador(alta presión) y el evaporador (baja presión).

Durante el flujo de refrigerante a través del tubo capilar se forma gas.Al reducirse la presión del líquido que pasa por el tubo, se reduceproporcionalmente la temperatura del refrigerante. La expansión delfluido se obtiene por la caída de presión a su paso por el interior deltubo; para evitar la evaporación parcial en el interior se suelda parte deltubo capilar al tubo de aspiración.

El caudal del tubo capilar y las condiciones en que alimenta el evaporadorno depende de la carga frigorífica por lo que se debe emplear únicamente

Tubo capilar

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en aquellos casos en los que la carga se relativamente constante comoen los compresores de tipo hermético o en pequeñas instalaciones.

Tubo capilar de inyección

Cuando la carga de refrigeración sube y la presión de descarga aumenta,la temperatura de gas de descarga aumenta y el motor del compresor sesobrecalienta. El diseño del tubo capilar de inyección coincide con ladel tubo capilar. Se conecta al compresor o al tubo de aspiración. Unvolumen constante de refrigerante líquido pasa por el tubo capilar deinyección, donde el refrigerante se transforma en un refrigerante líquidode temperatura baja que enfría el motor del compresor.

Válvula de paso manual: membrana, bola y globo

En los sistemas de refrigeración, además de las válvulas de controlautomáticas operadas por presión, por temperatura o eléctricamente,también se utilizan válvulas manuales. Estas válvulas son de tipo totalmentecerradas o totalmente abiertas. Los materiales que se utilizan para lafabricación de válvulas manuales para refrigeración son: acero, bronce,latón y cobre.

Las conexiones pueden ser: roscadas, soldables y bridadas. Por su forma,las válvulas manuales pueden ser de globo, de esfera, de diafragma, deángulo, de retención, de acceso, etc. En un sistema de refrigeración, sepuede instalar cualquier cantidad de válvulas manuales, tantas como lopermita el tamaño del sistema o la caída de presión. Algunas de las

Válvula de paso manual

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características que se requieren en las válvulas manuales son: confiabilidad,baja caída de presión, diseño a prueba de fugas, materiales compatiblescon el refrigerante y el aceite. En los sistemas de refrigeración las válvulasmanuales se instalan en puntos claves, y sirven no sólo para regular elflujo de líquido, sino también para aislar algún componente o parte delsistema para darle mantenimiento, sin tener que interrumpir otroscomponentes o accesorios. El diseño de la válvula deberá ser tal que sussuperficies sellantes no se distorsionen o se desalineen con los cambiosde temperatura, la presión y el esfuerzo de la tubería a la que estáconectada. Las superficies sellantes (asientos) deberán ser de diseño ymateriales tales que la válvula permanezca cerrada herméticamentedurante un período de servicio razonable.

A continuación se describen algunos de las principales aplicaciones delas válvulas de paso:

• Válvulas de Paso

Su función principal es controlar el flujo de líquido y la presión. Lasválvulas de paso instaladas en un sistema, deben estar totalmenteabiertas o totalmente cerradas. Se utilizan para aislar componentesen el sistema. Las válvulas de paso que más comúnmente se utilizanen refrigeración, son las de tipo globo.

• Válvulas de Servicio

En los sistemas de refrigeración, los técnicos de servicio deben estarfamiliarizados con las válvulas manuales de servicio. Estas válvulas lepermiten sellar partes del sistema mientras conectan manómetros,se carga o descarga refrigerante o aceite, se realiza el vacío, etc.:

- Válvulas de Servicio Para Compresor . Los compresores abiertosy semiherméticos generalmente vienen equipados con válvulasde servicio. Estas válvulas van atornilladas al cuerpo del compresor,una en la succión y otra en la descarga.

- Válvula de Servicio para depósito de líquido. Los depósitos derefrigerante líquido llevan dos de estas válvulas. Una va ubicadasobre el tanque, después del condensador (válvula de entrada),y la otra se ubica sobre el recibidor, antes de la línea de líquido(válvula de salida). Estas dos válvulas permiten al técnicodesconectar el depósito recibidor del sistema, cargar refrigeranteen forma líquida, colectar todo el refrigerante del sistema en elrecibidor, etc. Algunos recibidores están equipados con una solaválvula de servicio, la de salida, con la entrada en forma de unaconexión ordinaria de codo.

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Este tipo de válvulas se utilizan en los sistemas de refrigeración, paraevitar que refrigerante (en forma líquida o gaseosa) y el aceite fluyan ensentido contrario. Estas válvulas sólo permiten el flujo de refrigerante yaceite en un sólo sentido. Algunos tipos de válvulas de retención seutilizan en líneas de succión, para evitar que regrese refrigerante o aceiteal evaporador u otros dispositivos, donde pudiera condensar o alojardurante los ciclos de paro. Con frecuencia se utilizan en instalacionesde evaporadores múltiples, conectados a una sola unidad de condensacióny los evaporadores a diferentes temperaturas.

Algunos sistemas de bombas de calor utilizan dos válvulas de retención,en combinación con dos válvulas de termo-expansión, para que opereuna u otra cuando se invierta el ciclo de refrigeración a calefacción oviceversa.

Las válvulas de retención también se utilizan en algunos sistemas dedeshielo por gas caliente. Una de las aplicaciones más comunes, tantoen refrigeración comercial como industrial, es en la línea de descarga(gas caliente), entre el separador de aceite y el condensador, con elobjeto de evitar que en los ciclos de paro o en los cambios repentinosde presión, regrese refrigerante al separador de aceite y se condense,sobre todo en lugares de baja temperatura ambiente.

Válvula solenoide

En la mayoría de las aplicaciones de refrigeración es necesario abrir odetener el flujo, en un circuito de refrigerante, para poder controlarautomáticamente el flujo de fluidos en el sistema. Para este propósito,generalmente se utiliza una válvula de solenoide operada eléctricamente.Su función básica es la misma que una válvula de paso operadamanualmente, pero siendo accionada eléctricamente se puede instalaren lugares remotos y puede ser controlada convenientemente por




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interruptores eléctricos simples. Las válvulas de solenoide pueden seroperadas por interruptores termostáticos, de flotador, de baja presión,de alta presión, por reloj, o cualquier otro dispositivo que abra o cierreun circuito eléctrico, siendo el interruptor termostático el dispositivomás común utilizado en sistemas de refrigeración.

Una válvula de solenoide consiste de dos partes accionantes distintas,pero integrales: un solenoide (bobina eléctrica) y el cuerpo de la válvula.Un electroimán es un imán en el cual las líneas de fuerza son producidaspor una corriente eléctrica. Este tipo de imanes es importante para eldiseño de controles automáticos, porque el campo magnético puede sercreado o eliminado al activar o desactivar una corriente eléctrica. Labobina proporciona un canal, en el cual se crea una fuerte fuerzamagnética al energizar la bobina. El solenoide es una forma simple deelectroimán que consiste de una bobina de alambre de cobre aislado, ode otro conductor apropiado, el cual está enrollado en espiral alrededorde la superficie de un cuerpo cilíndrico, generalmente de seccióntransversal circular (carrete). Cuando se envía corriente eléctrica a travésde estos devanados, actúan como electroimán. El campo magnético quese crea es la fuerza motriz para abrir la válvula. Este campo atrae materialesmagnéticos, tales como el hierro y muchas de sus aleaciones. Dentro delnúcleo va un émbolo móvil de acero magnético, el cual es jalado haciael centro al ser energizada la bobina.

Algunas de las principales aplicaciones en refrigeración se describen acontinuación:

Prevención de Inundación del Compresor

Probablemente la aplicación más común en refrigeración de una válvulade solenoide es su uso como válvula de paso automática en la línea delíquido que alimenta un evaporador. Aunque las válvulas de termo–expansión son producidas como dispositivos de cierre hermético, no



Válvula de solenoide

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se puede confiar en un cierre positivo, si la superficie de sus asientosestán expuestas a polvo, humedad, corrosión o erosión. Además, si elbulbo remoto de una válvula de expansión está instalado en un sitio,donde durante los ciclos de paro puede ser afectado por una temperaturaambiente más alta que la del evaporador. El ciclo de enfriamiento bobinaenergizada válvula puede abrir durante una parte del ciclo de paro yadmitir el paso de líquido al evaporador. Una válvula de solenoide en lalínea de líquido, conectada para cerrar cada que el compresor pare,evitará dicha fuga. En sistemas de evaporadores múltiples se puede utilizaruna sola válvula de solenoide en la línea de líquido principal, para evitarla inundación de refrigerante líquido. En esta aplicación, la válvula desolenoide se conecta de la misma manera, para que cierre cuando pareel compresor.

Control de Vacío

Una importante variación de la aplicación de la válvula de solenoidepara la línea de líquido es el ciclo de control de vacío, adaptableespecialmente para instalaciones de aire acondicionado. El objetivoprincipal de este sistema de control es evitar que durante los ciclos deparo el refrigerante en el evaporador emigre hacia el compresor y diluyael aceite en el cárter. El arreglo se hace de tal forma que la válvula desolenoide esté controlada por un termostato. Cuando el sistema alcanzala temperatura deseada, el termostato manda una señal y la válvula desolenoide cierra, pero el compresor continúa trabajando y de esta maneraremueve casi la totalidad del refrigerante en el evaporador .Al disminuirla presión un interruptor de baja presión detiene el compresor, peroeste mismo interruptor no lo puede arrancar otra vez. Cuando eltermostato reclama más enfriamiento envía una señal a la válvula desolenoide para que abra, se eleva la presión de succión y el interruptorde baja presión arrancará de nuevo al compresor. Se puede utilizar unrelevador para el arrancador del motor. Esto evitará que se acumule unexceso de líquido en el evaporador, entre el tiempo en que la válvula desolenoide abra y el compresor arranque.

Descarga de Gas Caliente

Instalada una válvula de solenoide especial para gas caliente, en un desvíoalrededor de uno o más cilindros del compresor, proporcionará uncontrol de capacidad para el compresor. La válvula puede ser operadaya sea por un termostato o un interruptor de presión. Otra aplicaciónpara las válvulas de solenoide en control de capacidad es el uso de unaválvula de tres vías en ciertos compresores. En este caso, la válvula de tresvías es un operador piloto del mecanismo de descarga, integrado en elcompresor.



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Control de Nivel de Líquido

En una instalación con uno o más evaporadores del tipo inundado comoun sistema múltiple "seco", se puede colocar una válvula de solenoidepara líquido, seguida de una válvula de expansión manual. La línea delíquido conduce a un recipiente o tambor, en el cual el nivel de refrigerantelíquido está controlado por un interruptor de flotador. La válvula desolenoide para líquido es accionada por el interruptor del flotador.Cuando el nivel del líquido baja a un nivel predeterminado, el interruptorabre la válvula. Al alcanzarse el nivel deseado, el interruptor cierra laválvula. También se puede obtener la acción inversa.

Válvulas de Solenoide para Succión

Estas válvulas se usan con frecuencia cuando se requiere un aislamientocompleto para el deshielo. También se utilizan para desviar la succiónen instalaciones con dos o más unidades en serie, alimentadas por unaválvula de termo expansión. Si la diferencia de temperaturas entre doso más unidades refrigeradas es mayor de 7°C, se utiliza con frecuenciauna válvula de solenoide para succión en la salida de la unidad menosfría, para evitar la condensación de refrigerante en la unidad más fría,durante el ciclo de paro.

Válvulas de Solenoide Descargadoras

Existen muchas instalaciones en donde es necesario arrancar el compresordescargado, a presiones de succión de arranque descomunalmente altas,a causa del motor que se utiliza, con el consabido alto consumo deenergía. Las válvulas de solenoide para descargar compresores se usanfácilmente en estas aplicaciones, instalándolas en una línea de desvíoentre la descarga y la succión del compresor. La válvula se abreautomáticamente cuando arranca el compresor, esto corta la carga enel arranque. Cuando el compresor alcanza su velocidad completa laválvula de solenoide que descarga al compresor cierra y el compresorqueda funcionando normalmente.

Válvulas electromagnéticas de dos y tres vías

Válvulas de Dos Vías

Los tres tipos principales de válvulas son: de dos vías, de tres vías y decuatro vías. La válvula de dos vías es el tipo de válvula de solenoide máscomún; tiene una conexión de entrada y una de salida, y controla el flujodel fluido en una sola línea. Puede ser de acción directa u operada porpiloto, dependiendo de la capacidad del sistema. Cada una de éstaspuede ser “normalmente cerrada” o “normalmente abierta”. Cuando la



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bobina está desenergizada, el peso del émbolo y la acción del resortemantienen cerrada la válvula. Cuando se energiza la bobina, se forma elcampo magnético, el cual atrae al émbolo hacia el centro y la aguja selevanta del asiento, abriendo el orificio del puerto y permitiendo el flujoa través de la válvula. Cuando nuevamente se desenergiza la bobina, lafuerza que retiene al émbolo es liberada, haciéndolo que caiga por supropio peso y por la acción del resorte, cubriendo el orificio del puertoy deteniendo el flujo a través de la válvula.

Válvulas de Tres Vías

Las válvulas de tres vías, tienen una conexión de entrada que es comúna dos diferentes conexiones de salida. Las válvulas de tres vías son,básicamente, una combinación de la válvula de dos vías, normalmentecerrada, y de la válvula de dos vías normalmente abierta, en un solocuerpo y con una sola bobina. La mayoría son del tipo “operadas porpiloto”.

Las principales aplicaciones de las válvulas de tres vías son las siguientes:

• Recuperación de Calor.

Las válvulas de solenoide utilizadas para recuperación de calor, estándiseñadas, específicamente, para desviar el gas de descarga a uncondensador auxiliar. Se instalan conectando la entrada común a ladescarga del compresor. Las dos salidas van conectadas una alcondensador normal, y la otra, al condensador auxiliar. Como es unaválvula operada por piloto, depende de la presión del gas refrigerantepara deslizar el ensamble del pistón, y su operación está gobernadapor la posición del émbolo.

• Reducción de Capacidad del Compresor.

Comúnmente, la reducción de capacidad de un compresor, se llevaa cabo descargando el gas de los cilindros, durante los períodos de

Válvula de tres vías

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baja demanda, y desviándolo hacia la succión. Cuando estándesenergizadas, el gas de descarga del compresor sigue su ciclo normalhacia el condensador. Cuando se energiza la bobina, el gas de ladescarga es entonces desviado al lado de baja del sistema, reduciendola capacidad. También, el gas de la descarga puede utilizarse para eldeshielo del evaporador.

• Deshielo con Gas Caliente.

En esta aplicación, la válvula se usa para admitir gas caliente hacialas líneas de succión. Cuando está desenergizada la bobina, el émboloestá cerrando el orificio piloto y está cerrada la línea piloto, permitiendoque se iguale la presión a través del pistón. La presión de descargamantiene cerrado el puerto superior, y el flujo es del evaporador ala succión del compresor. Esta es la posición en que el sistema operanormalmente. Cuando está energizada la bobina, se abre el puertomover el pistón, cerrando el flujo del evaporador a la succión ydesviando la carga hacia el evaporador. Entonces, el gas de alta presiónfluye de la línea de descarga hacia el evaporador, aumentando latemperatura y presión dentro del evaporador y deshelando el serpentín.Una válvula de solenoide de tres vías, se usa para mantener la válvulade termo expansión herméticamente cerrada durante los ciclos deparo. Cuando el compresor está trabajando, la válvula de solenoideestá energizada, el émbolo es accionado hacia arriba, cerrando elpuerto que conecta a la alta presión. La presión de la línea de succiónes transmitida a la válvula de termoexpansión a través del tuboigualador. Cuando el compresor se detiene, la válvula de solenoidese desenergiza, el émbolo cae y cierra el puerto conectado a la líneade succión. El refrigerante de alta presión entra a la válvula desolenoide y pasa hacia la válvula de termoexpansión a través del tuboigualador, forzando el diafragma a subir, para así mantener cerradala válvula de termoexpansión durante los ciclos de paro.

Válvula inversora de cuatro vías

Las válvulas de solenoide de cuatro vías como la que se muestra en lafigura, se conocen comúnmente como válvulas reversibles. Su uso es casiexclusivamente en bombas de calor, para seleccionar ya sea el ciclo deenfriamiento o el de calefacción, dependiendo del requerimiento. Estasválvulas tienen tres salidas y una entrada común. Una bomba de calores un equipo central acondicionador de aire, con ciclo reversible. En elverano, el refrigerante absorbe calor del interior de edificio y lo expulsaal exterior. En el invierno, el ciclo se invierte, el refrigerante absorbecalor del exterior y lo libera dentro del edificio. El condensador y elevaporador son obligados a intercambiar funciones, invirtiendo el flujode refrigerante, y la válvula de cuatro vías es la que se encarga de esto.

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Válvula reguladora presión de arranque y aspiración

La válvula de arranque se utiliza para proteger el motor del compresorcontra las sobrecargas debidas a las temperaturas de evaporación elevadas,constatadas a la puesta en marcha de las instalaciones frigoríficas cuyastemperaturas de evaporación en régimen normal son muy bajas. Actúandirectamente sobre la presión de aspiración del compresor,independientemente de la presión de evaporación del fluido frigorígeno,limitando la presión de aspiración del compresor, a la puesta en marcha,a un valor máximo determinado previamente por la regulación de laválvula.

Válvula de cuatro vías

Válvula reguladora de presión de arranque

Las válvulas reguladoras de arranque se montan en la tubería de aspiraciónlo más cerca posible del compresor, y efectúan una acción deestrangulamiento automático en relación a la temperatura de evaporación,a la que se va ajustando hasta abrir por completo tan pronto se llega allímite de presión deseada para su trabajo normal. Para su regulacióndebe verificarse simultáneamente la carga del motor por medio de unamperímetro, a fin de observar el punto en que no excede su consumonormal, así como también la presión del condensador a través delmanómetro de alta presión.

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Válvula reguladora presión de condensación

Para instalaciones con condensación por aire, se emplea la válvulareguladora de presión de condensación para mantener una presiónconstante de condensación y de recipiente. La regulación de la presiónse obtiene por disminución de la superficie efectiva del condensador.

Válvula reguladora presión de recipiente

La válvula es un regulador de presión por modulación, se abre cuandola presión en el recipiente disminuye, derivando el gas caliente paramantener la presión de recipiente. Junto con la válvula reguladora depresión de condensación se emplea con el fin de mantener una presiónconstante y elevada en el condensador y en el recipiente.

Válvula reguladora derivación gas caliente o válvulareguladora de capacidad

Estas válvulas se emplean para la reducción de la capacidad del compresoren instalaciones con uno o más evaporadores, cuando descienden lasnecesidades de frío, evitando, por medio del control de baja presión,que ésta no se reduzca excesivamente por causa de la carga reducida,con la consiguiente y peligrosa admisión de refrigerante líquido en elcompresor que contribuye a la ebullición y fuga de aceite en el cárterdel mismo. Su objeto no es, sin embargo, mantener constante la presiónde aspiración, sino evitar oscilaciones muy fuertes, reduciendo la capacidaddel compresor cuando éste no incorpora otro sistema regulador de lamisma. Estas válvulas actúan abriendo el paso a medida que la presióncae por debajo del límite establecido. En el período de servicio normal,mientras la aspiración se halla por encima del valor ajustado, la válvulaqueda cerrada, abriendo a medida que desciende dicha presión. Semonta haciendo un «by pass» que comunica la descarga del compresora la línea de aspiración. Al abrirse la válvula pasa gas evaporado calientea la aspiración, de forma que el compresor pueda absorber dichorefrigerante sin aumentar la refrigeración.

Válvulas reguladoras caudal de agua de condensación

El consumo de agua de condensación representa un elemento importanteen el coste de una instalación cuando el condensador se alimenta con«agua perdida», por lo que interesa limitar este consumo al mínimocompatible con el funcionamiento correcto de la instalación. Para obtenereste resultado es del todo indispensable ajustar el caudal de agua a lasvariaciones de régimen experimentadas por la máquina. Para ello se

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recurre a las válvulas de agua presostáticas y termostáticas que regulaneste caudal en función de la presión de condensación (válvulas de aguapresostáticas) o de la temperatura de salida del agua (válvulas de aguatermostáticas), y con estos aparatos, a la parada de la instalación se cierraprogresivamente el paso del agua de enfriamiento. También se puedealimentar con agua el condensador por medio de una válvula de tipomagnético (solenoide); en este último caso, el caudal no se ajusta a lascondiciones de marcha de la máquina, actuando únicamente en funcióndel tipo de válvula empleada y de las condiciones en que se realiza ladistribución de agua.

Termostatos

Son aparatos de regulación de la temperatura, de funcionamiento todoo nada; interruptores eléctricos accionados por temperatura. Constande un detector (órgano sensible de un termómetro) y un emisor (contactoreléctrico).

El órgano sensible del detector puede basarse en:

• Las variaciones de tensión de vapor de un fluido encerrado en unbulbo (termostato de bulbo).

• En la deformación relativa de dos metales diferentes (termostatobimetal).

Los termostatos se usan para controlar el nivel de temperatura de unrecinto o un producto refrigerado, operando sobre el ciclo de trabajodel compresor. En los sistemas automatizados disponen de control graciasa las siguientes aplicaciones del termostato:

• Termostato interno del compresor.

• Termostato de descarga (control sobrecalentamiento).

• Termostato para protección del condensador contra alta presión detrabajo.

• Termostato de control de protección antihielo.

Termostato

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Higrostatos

Los higrostatos son interruptores eléctricos controlados por humedady provistos de un conmutador universor unipolar, su finalidad consisteen regular entre dos límites previamente determinados en la regulacióndel aparato, la humedad relativa de un recinto gaseoso refrigerado.

Las principales aplicaciones de los higrostatos son instalaciones en lasque se desean mantener la humedad relativa dentro de límites precisos;se emplean para la puesta en marcha de dispositivos de deshidratacióny deshumificación.

4.2. Tipos de dispositivos de seguridad

Conmutador de presión alta

El presostato de presión controla a presión de impulsión o de descarga,interrumpiendo el circuito cuando el valor de dicha presión se eleva porencima de un valor determinado, volviendo a poner en marcha elcompresor al restablecerse las condiciones de funcionamiento normales.

Conmutador de presión baja

Mantiene la marcha automática de la instalación regulando la presiónde evaporación del fluido frigorígeno. Como aparato de proteccióndetiene el compresor en caso que la presión de aspiración baje

Presostato de alta, conmutador de presión alta

Presostato de baja, conmutador de presión baja

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anormalmente, volviendo a poner en marcha el compresor una vez serestauren las condiciones normales.

Conmutador de presión de aceite (OPS)

Instalado con un dispositivo temporizador en la tubería de aspiración,detiene el compresor si la lubrificación de éste no se realiza a la presiónajustada en a puesta en marcha de la instalación.

Tapón fusible

Consiste en un tapón de metal relleno de una aleación cuyo punto defusión es bajo (70-75ºC). Se instala en el condensador o en el tubo delíquido entre el y el aparato de medición. Al producirse una sobrepresión,con el derivado aumento de temperatura, el fusible metálico se funde,expulsando el refrigerante.

Válvula de seguridad, válvula de descarga.

Se trata de una válvula instalada en la parte de alta presión del sistema.Cuando la presión adquiere un valor por encima del ajustado, estasobrepresión empuja el asiento de la válvula, abriendo el circuito yexpulsando el refrigerante.

Existen válvulas de seguridad de tipo membrana con comunicacióninterior (by-pass), instalada entre la salida del compresor y la entradadel condensador, en caso de existir separador de aceite, se instala entreéste y el condensador, comunicando por su otro extremo con el lado debaja. Cuando se produce una sobrepresión se abre la membrana decomunicación equilibrándose el sistema y evitando la pérdida derefrigerante.

Reguladores de presión

En el período invernal, la presión en el recipiente acumulador debemantenerse a un valor compatible con el buen funcionamiento de losaparatos de alimentación (válvulas de expansión), lo que se consiguemerced a una toma de presión practicada en la descarga del compresor.

Dicho dispositivo requiere la instalación de dos reguladores de presiónmontados, por una parte, sobre la tubería de unión entre el condensadory el recipiente de líquido condensado y, por otra, en la tubería de «by-pass» de los gases descargados. El regulador de presión intercalado entreel condensador y el recipiente de líquido debe cerrar ante una baja depresión en el condensador, y el que se halla en la tubería del «by-pass»,

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debe abrir por descenso de presión en el recipiente de líquido. Se trata,en efecto, de un regulador de capacidad.

4.3. Dispositivos eléctricos y electrónicosde seguridad y control

Las principales protecciones eléctricas y electrónicas así como dispositivosde control son los siguientes:

• Relé de sobreintensidad

Tal y como se explicará en el apartado 5.6.15, instalado en el cuadroeléctrico, evita que los motores del ventilador y del compresor sequemen. Si la corriente es superior a la de ajuste, la pieza bimetálicadel relé se deforma al calentarse abriéndose los contactos y provocandola parada del motor.

• Magnetotérmicos de protección del compresor/ventiladores

Los fusibles de protección contra sobreintensidades son sustituidospor interruptores magnetotérmicos en los circuitos de potencia. Losinterruptores magnetotérmicos permiten el rearme automático y noes necesaria la sustitución de ninguno de sus componentes como enel caso de los fusibles.

• Relé contra inversión de fase

Dispositivo de protección que impide el funcionamiento inverso delcompresor, de forma que éste no pueda accionarse en la direcciónincorrecta debida a la conexión errónea de las fases de la fuente dealimentación principal.

• Interruptor por diferencia de presión de agua:

Dispositivo mediante el cual se registra la diferencia de presión entrelas tuberías de entrada y salida de agua en los sistemas condensadospor agua, con el fin de detectar obstrucciones en las tuberías de agua.

• Interruptor de caudal de agua

Dispositivo mediante el cual se detectan anomalías en las tuberías de

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agua, tratándose de un interruptor que evalúa el caudal de agua encirculación.

• Contador horario

Se emplean para registrar las horas totales de funcionamiento delcompresor.

• Alarmas de fallo en el funcionamiento

Son dispositivos electrónicos que permiten verificar el funcionamientonormal o anormal del sistema. Normalmente en caso de malfuncionamiento, en el cuadro de protección y control se señalizamediante señales ópticas y, en algún caso, sonoro, mediante un relétemporizador o un pulsador, pueden desconectarse estos avisadores.En las unidades que disponen de control microprocesado es posibleobtener un histórico de las alarmas y comprobar las condiciones enlas que funcionaba el sistema en el momento del fallo.

• Contador horario de funcionamiento del compresor:

El contador horario indica las horas totales de funcionamiento delcompresor.

• Sistema de control por microprocesador:

Existen en la actualidad sistemas completamente automatizadosmediante los cuales se puede obtener información acerca del sistema,registrar comandos y protocolos de funcionamiento, detectar fallosdel sistema o funcionamientos anómalos. Mediante tarjetas de interfazes posible recoger toda esta información y centralizarla en un únicopuesto remoto desde el cual pueda controlarse la instalación.

En las tarjetas de circuitos impresos están montados microprocesadores,relés y componentes electrónicos. Gracias a la eliminación de piezasmecánicas y de cables, se asegura una mayor fiabilidad.

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Las tarjetas contienen diversas funciones controladas por elmicroprocesador; tomaremos como ejemplo las funciones de la tarjetade un sistema de control de una enfriadora, condensada por agua decuatro compresores:

• Circuito de protección cíclica del compresor de tornillo.

• Temporizador electrónico del circuito de protección cíclica delcompresor de tornillo, conectado al circuito de control del compresor,retarda el periodo de reinicio del compresor de tornillo, eltemporizador actuaría de la siguiente forma: aproximadamente tres(3) minutos para el compresor nº 1, cuatro (4) minutos para elcompresor nº 2, cinco (5) para el compresor nº 3 y seis (6) para elcompresor nº 4.

• Circuito del termostato electrónico. El termostato electrónico detectala temperatura de salida del agua enfriada y acciona las válvulas desolenoide de control de capacidad del compresor de tornillo.

• Circuito de protección reversible del compresor de tornillo. Estecircuito consta de un relé contra la inversión de fase.

• Reinicio tras producirse un fallo de alimentación de corta duración.Si se produce un fallo de alimentación de menos de 2 segundos deduración, los compresores se podrán reiniciar automáticamente enun periodo de 3 minutos.

• Fuente de alimentación. El circuito de control recibe corriente delcircuito de alimentación principal. Para el control remoto, elinterbloqueo de bomba y el funcionamiento de la bomba.

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5. TORRES DE REFRIGERACIÓN

5.1. Introducción

Como se ha visto en temas anteriores, dentro de los elementos principalesque componen el ciclo de refrigeración está el condensador. Existencondensadores refrigerados por aire y condensadores refrigerados poragua. En los primeros una corriente de aire ambiente elimina el calordel refrigerante, mientras que en los segundos es una corriente de aguala que realiza la absorción de calor.

Cuando no se dispone de una corriente natural de agua, como podríaser un río o el agua de mar, se usan circuitos cerrados de agua en los quedicho líquido realiza un segundo ciclo de calentamiento-enfriamientoen el que toma el calor del refrigerante y lo cede al aire ambiental.

La primera transferencia de calor (del refrigerante al agua) se realizaen la unidad condensadora. La segunda transferencia (del agua al aireambiente) se puede realizar de varios modos: a través de intercambiadoresde placas (haciendo pasar corrientes de aire a través de las tuberías querecorre el agua) o a través de torres de refrigeración.

En las torres de refrigeración se consigue disminuir la temperatura delagua caliente mediante transferencia de calor y de materia al aire quecircula por el interior de la torre. El agua es pulverizada a través de unacorriente de aire y parte de este agua, si la humedad relativa del airecirculante es reducida y la temperatura del agua bastante elevada, seevapora.

Para evaporarse el líquido necesita cierta cantidad de calor que roba enparte del aire circulante y, mayoritariamente, de las gotas de agua quetiene a su alrededor. Las gotas no evaporadas van enfriándose a medidaque cierta parte del agua continúa evaporando. Finalmente las gotas noevaporadas se recogen en el fondo de la torre desde donde comienzande nuevo el ciclo de enfriamiento al ser impulsadas al condensador.

Además del citado fenómeno de la evaporación, el aire también robacierta cantidad de calor al agua caliente cuando se produce el contactoaire-agua. De todos modos, esta transferencia puede cifrarse en el 10%del total producido en una torre de refrigeración.

La cantidad de agua cedida al aire ambiente en forma de vapor es muyreducida en comparación con los caudales circulantes a través del circuitode enfriamiento del refrigerante: para evaporar 1 kg de agua a lastemperaturas de funcionamiento de las torres hacen falta 550 kilocalorías;dicho calor será absorbido de las gotas de aguas circulantes, si en ellas

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se produce un descenso de la temperatura de 5,5º C (salto térmiconormal en torres de refrigeración), serán necesarios 100 kg de agua parapoder evaporar la cantidad de agua citada.

Es por eso por lo que el consumo de agua se cifra aproximadamente enel 1% del caudal necesario para el enfriamiento del refrigerante.

5.2. Clasificaciones de las torres de refrigeración

Las torres de refrigeración se suelen clasificar dependiendo de si lacorriente de aire que favorece el enfriamiento del agua se mueve demodo natural o si, por el contrario, existe algún elemento mecánicoexterior que provoca dicha corriente. Así, las torres se dividen en torresde circulación natural y torres de tiro mecánico o forzado.

Además, las torres de circulación natural se subdividen en torresatmosféricas y torres de tiro natural, propiamente dichas.

Por su parte, las torres de tiro mecánico se subdividen en torres de tironatural asistido y torres de tiro mecánico.

5.2.1. Torres de circulación natural

Torres Atmosféricas

Las torres atmosféricas utilizan las corrientes de aire atmosférica (vientos).El aire se mueve de forma horizontal y el agua cae verticalmente a sutravés.

Esquema de funcionamiento de una torre de refrigeración

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Deben construirse de gran altura para aprovechar los vientos dominantes,de modo que ningún obstáculo pueda impedir la citada corriente deaire.

El costo inicial de construcción es elevado pero su mantenimiento esmínimo al no existir partes mecánicas móviles. Para que resulteneconómicas en relación con otras soluciones debe asegurarse unavelocidad del viento constante por encima de los 8 km/h y por ello sonmuy pocos los lugares adecuados.

De otro modo los costes de bombear el agua desde el condensador hastala parte alta son más elevados que los que ocurren por crear una corrienteartificial de aire.

Este tipo de torres está en desuso.

Torres de Tiro Natural

En las torres de tiro natural se induce una corriente de aire, generalmentevertical ascendente, a través del flujo de agua que cae en sentido verticaldescendente.

La corriente de aire se consigue al construir una chimenea de alturasuficiente y base abierta al exterior. El aire interior se calienta al entraren contacto con el agua a refrigerar y al calentarse tiende a subir haciael exterior a través de la parte superior de la chimenea. Al fluir crea unadepresión en el interior de la chimenea que el aire exterior trata decompensar entrando a través de la base abierta al exterior.

Además, con la altura el aire es menos denso y las velocidades de losvientos, superiores; ambos fenómenos facilitan la corriente interior delas chimeneas, y para ello las torres de refrigeración deben ser altas ycon grandes secciones transversales que ofrezcan poca resistencia a lacorriente de aire.

Al igual que las anteriores, los costes iniciales de las instalaciones sonmuy elevados y los costes de mantenimiento, reducidos, en comparación

Torre atmosférica

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con los enfriamientos obtenidos.

Son adecuadas para enfriar grandes cantidades de agua ,pero presentanun difícil control de las temperaturas de salida del agua y no son indicadasen las aplicaciones en las que esto sea preferente.

Las torres de tiro natural son las usadas en las centrales térmicas deproducción de energía eléctrica y raramente utilizada en los sistemas derefrigeración industrial.

5.2.2. Torres de Tiro Mecánico

Torres de Tiro Natural Asistido

Las torres de tiro natural asistido son torres de tiro natural inducido enlas que, para permitir disminuir el tamaño de la chimenea (sección yaltura), se instalan unos ventiladores en la base abierta al exterior de lachimenea que se encargan de introducir aire fresco exterior en lachimenea y facilitan la corriente vertical de aire.

Este tipo de torres aumentan el ratio de intercambio por unidad desuperficie y encuentran aplicación en industrias con grandes caudalesde agua a enfriar.

Torres de Tiro Mecánico

Estas torres incorporan potentes ventiladores (en relación con las potenciasde intercambio con las que trabajan) que, por sí mismos, son capaces degenerar la corriente de aire que precisa el agua para ser refrigerada.

Con estos sistemas se consigue un elevado control en la temperatura desalida del agua.

Torre de tiro natural

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Comparativamente, en relación a las torres de tiro natural, son elementosmuy compactos, de reducidas dimensiones, de bajo gasto para bombeodel agua, pero que precisan mayor mantenimiento al presentar máselementos mecánicos y de control que las anteriores.

Se distinguen entre torres de tiro mecánico forzado e inducido; en lasprimeras, los ventiladores se instalan en la entrada de aire y fuerzan alaire a pasar a través de la corriente de agua. En las segundas, losventiladores se sitúan a la salida del aire, creando un vacío en el interiorde la torre que induce al aire exterior a introducirse en la torre y enfriara su paso el agua refrigerante.

Las torres de tiro forzado son más eficientes que las de tiro inducido yaque al tomar aire del exterior lo toman a presión atmosférica y en estascondiciones son capaces de mover mayores cantidades de aire que si lohacen a presiones inferiores. Además el aire que pasa a través de losventiladores es aire seco y frío en comparación con el aire de salida,mucho menos agresivo, por tanto, para las partes mecánicas de losventiladores.

Por contra, la posibilidad de recirculación del aire de la salida de torrede nuevo hacia la entrada es elevada por disminuir en dicho punto lapresión relativa, debido a la acción del ventilador. Si ello se produce, latemperatura del aire a la entrada es superior y desciende su capacidadde enfriar el agua.

En las torres de tiro inducido, el aire a la entrada y a la salida tienenprácticamente la misma presión y no hay motivos físicos que produzcanun retorno del aire de salida hacia la toma de aire de la torre.

Torre de tiro mecánico forzado Torre de tiro mecánico inducido

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5.2.3. Otras Clasificaciones

Además de la tipología presentada anteriormente, las torres derefrigeración admiten más clasificaciones.

Según el flujo relativo de aire y agua

Según este parámetro, las torres se dividen en torres de flujo cruzado ytorres de flujo a contracorriente.

En todas las torres, el agua se deja caer libremente o con un poco depresión, por lo que, debido a su propio peso, adquiere una velocidadvertical descendente.

La dirección del aire es la que sirve de base para esta clasificación. Lastorres de tiro cruzado son aquéllas en las que el aire se cruza con el flujode agua según una velocidad vertical ascendente. El aire más fresco y,sobre todo, seco se encuentra a la entrada en la torre con el agua másfría y en estas condiciones el rendimiento del equipo es superior.

En las torres de flujo cruzado el encuentro entre corrientes de aire yagua se realiza según direcciones perpendiculares, el aire discurre enhorizontal. Los equipos resultantes poseen menos altura que los que serealizan mediante flujo a contracorriente y el mantenimiento de loscomponentes se facilita. La pérdida de presión que provoca el cruceentre masas de aire y agua es menor si éste se realiza cruzado y losventiladores no precisan tanta potencia.

Como inconveniente está el hecho de que con los equipos cruzados nose pueden conseguir grandes acercamientos entre las temperaturas delagua y del aire.

De la anterior clasificación, las torres de tiro natural, de tiro naturalasistido y de tiro mecánico forzado son de flujo a contracorriente, mientrasque las torres atmosféricas son de tiro a contracorriente.

Torre de flujo a contracorriente Torre de flujo cruzado

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En cuanto a las torres de tiro mecánico inducido, existen de los dos tipos,a contracorriente y de flujo cruzado.

Según la forma en la que el agua es distribuida

El objetivo de la distribución de agua es que se genere la máxima superficieposible de contacto aire-agua y así maximizar el intercambio de calorentre los dos fluidos.

En las torres de relleno laminar se fuerza al agua para que forme películasde poco espesor sobre materiales de gran superficie a los que se obligaa mojar en su totalidad.

Las torres de relleno de goteo tratan de pulverizar el agua para que noexistan grandes masas de agua en las que la superficie exterior actúe amodo de escudo y evite el enfriamiento de las partes interiores.

5.3. Principios físicos de funcionamiento

Como se ha descrito en la introducción, conducción-convección en elcontacto entre agua y aire y, sobretodo, evaporación de parte del aguason los principios físicos que explican el intercambio de calor y, portanto, el funcionamiento de las torres de refrigeración.

En el presente apartado se van a estudiar las variables y ecuaciones quedescriben estos fenómenos de modo que seamos capaces de reconocerel buen funcionamiento o la falta de mantenimiento-reparación de lastorres de refrigeración, a partir de los datos de campo que tomemos.

Ecuación característica:

La energía cedida por el agua en forma de masa y calor debe ser iguala la que absorbe la corriente de aire que atraviesa la torre. Este hechose describe a través de la siguiente ecuación característica:

En la que:

• L, representa el caudal másico de agua (kg/h).

• c, es el calor específico del agua (igual a 1 KCal/Kg ª C, por lo queno se suele escribir en la ecuación).

• T1 y T2, representan la temperatura de entrada y salida del agua dela torre respectivamente (ª C).

• G, es el caudal másico de aire (Kg/h).

• h1 y h2, son la entalpía del aire a la entrada y a la salida respectivamente(KCal/Kg).

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A partir de la ecuación característica de una torre de refrigeración sedefinen los siguientes términos:

• A la diferencia de temperaturas entre el agua de entrada y el aguade salida se le denomina Salto Térmico (T1-T2).

• El Acercamiento es la diferencia entre las temperaturas de salida delagua (T2) y la temperatura húmeda del aire (Th).

• La Eficiencia ( )de una torre mide el rendimiento de la mismarespecto a las condiciones de diseño (relación entre las condicionesreales alcanzadas en una torre y las máximas que teóricamente podríaalcanzar):

Despejando la entalpía del aire a la salida en la ecuación se obtienen lascaracterísticas de éste a la salida:

Representando esta ecuación en un diagrama entalpía-temperatura (h-t), la relación se transforma en una recta denominada Línea deEnfriamiento del Aire, de pendiente conocida como Factor deEnfriamiento, y que es la relación entre los consumos de agua y aire(L/G).

Si en el mismo diagrama se representa la línea de saturación del aire,siempre quedará por encima de la línea de enfriamiento y la superficieexistente entre ellas informa de la capacidad del sistema: a mayorsuperficie, mejores son las condiciones de intercambio de calor y menoresserán las instalaciones para refrigerar una cantidad dada de agua.

Si además de lo anterior se tiene en cuenta que la línea de saturaciónva perdiendo pendiente según desciende la temperatura húmeda, sededuce que para conseguir una determinada cesión de calor interesaráque:

• La temperatura húmeda del aire sea lo más elevada posible.

• El acercamiento sea también lo más elevado posible.

• El salto térmico disminuya.

• La relación entre caudales de agua y de aire sea lo más pequeñoposible.

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5.4. Elementos Constituyentes

5.4.1 Sistema de Distribución de Agua

El Sistema de Distribución de Agua se encarga de conducir el agua desdela balsa inferior de recogida de la torre de refrigeración hasta el puntode vertido superior de la misma, llevándola en el trayecto a través delcondensador del sistema de refrigeración, tramo en el que absorbe elcalor que debe evacuar en la torre de refrigeración.

Se compone, pues, de la balsa de recogida y sus puntos de desagüe, lared de tuberías y conducciones que unen las distancias entre los distintoselementos, el sistema de bombeo, y el sistema de distribución de aguaal interior de la torre.

Los sistemas de distribución de agua al interior de la torre se dividen,según su funcionamiento, en sistemas por gravedad y sistemas por presión.

El sistema por gravedad es el que suelen utilizar las torres de refrigeracióncon flujo cruzado. En este sistema el agua es distribuida a una especiede balsas que se ubican en las partes altas de las torres, con una serie deorificios en su base a través de los cuales el agua cae al interior de latorre, donde se encuentra con el flujo de aire.

Representación de la línea de enfriamiento del aire en un diagrama h-t

Sistema de distribución de agua por gravedad

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En otras ocasiones se dispone de un tanque central del que nacen unaserie de canales laterales de profundidad variable y con orificios en subase que permiten la salida del agua hacia la torre. Con este diseño deprofundidad variable se consigue que por todos los orificios de los canalesel agua salga a la misma velocidad al compensarse la pérdida de presiónque produce el fluir del caudal de agua, con la ganancia que supone laganancia de profundidad.

Requieren pequeñas alturas de bombeo (bajos costos de operación), sumantenimiento es sencillo de llevar a cabo, dado que todas las partes delsistema son accesibles incluso con la torre en funcionamiento, y laregulación de los componentes se limita a la apertura gradual de lasválvulas de control hasta que el agua alcanza en todas las balsas nivelessimilares.

La parte más importante de los sistemas de distribución de agua porpresión es su parte final que está compuesta por unas boquillas o aspersoresque rocían el agua a través del interior de la torre. Con ello se consiguedividir el flujo de agua en pequeñas gotas con mucha mayor superficieespecífica que en los sistemas anteriores y aumentar el intercambio decalor entre los dos flujos.

Para su correcto funcionamiento, las boquillas requieren una presióninterior por debajo de los 5 bar, que es la presión que debe asegurar laparte inicial del sistema de distribución.

Básicamente, existen dos tipologías de sistemas a presión: los fijos y losrotativos. En los primeros, las tuberías de distribución de agua realizanun emparrillado en la parte superior de la torre del que se cuelgan,regularmente repartidos, los pulverizadores.

En los segundos existe un cabezal central del que se cuelgan uno o variosbrazos en los que se cuelgan, orientadas hacia la parte trasera, las boquillasde salida del agua. La orientación de las boquillas y el caudal de salidaprovocan un momento torsor en el cabezal central que le llevan a rotarsobre su eje vertical como si se tratara de un aspersor.

Sistema de distribución de agua por presión fijo

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En los sistemas de presión se incrementan y dificultan las operacionesde mantenimiento, debido a la mayor complejidad de los elementos quelos componen; se requieren mayores alturas de bombeo (incremento delos costos de explotación) y la regulación o equilibrado para conseguircondiciones similares de caudal y presión en todas las boquillas es máscomplejo.

Las bombas se encargan de recircular el caudal de agua refrigerada através del circuito mencionado. Es el componente de la torre derefrigeración que mayor energía consume. Aunque las bombas puedenser de tipo axial, centrífugo o mixto, las de tipo centrífugo son las quese utilizan habitualmente.

Para el dimensionamiento de la bomba se debe tener en cuenta el caudalde agua a refrigerar, las pérdidas de presión que ocurren en el circuitoy que marcan la altura de bombeo, y, además, las características del caudala trasegar: análisis químico y propiedades físicas (temperatura,…).

Según aumenta el tamaño de la instalación se recurre a mayor númerode bombas, en lugar de aumentar la potencia y mantener una únicabomba en la instalación. Con estos diseños se posibilita el funcionamientoparcial de la instalación en caso de avería de una de las bombas. Si eltamaño de la instalación lo requiere o el proceso resulta crucial, espráctica habitual la instalación, además, de una bomba de reserva quepuede entrar en funcionamiento en el momento que se produce la averíaen alguno de los equipos.

Sistema de distribución de agua por presión rotativo

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5.4.2. Rellenos

El relleno es el componente más importante de una torre de refrigeración,pues es la parte que se encarga de maximizar el intercambio de calorentre aire y agua, actuando de dos formas: aumentando el tiempo enque ambos fluidos están en contacto y aumentando la superficie específicadel flujo de agua.

Es el material que llena el interior de las torres y debe reunir las siguientescondiciones para que pueda ser utilizado como tal: bajo costo deadquisición, sencillez de ensamblaje de unas partes con otras paraadaptarse a la parte interior de la torre, poseer una elevada aerodinámicapara ofrecer el menor obstáculo posible al paso del aire, facilidad delimpieza y no ser proclive a la aparición de suciedades que reduzcan lacapacidad de la torre.

Los rellenos, según su principio de funcionamiento, se dividen en:rellenos de goteo, rellenos de película o lámina y rellenos mixto.

Rellenos de goteo:

Su funcionamiento se basa en la rotura de las masas de agua en gotassucesivamente más pequeñas que presenten poca masa interior y facilitenla evaporación de parte de esas gotas a costa de un enfriamiento delresto de la gota.

Existen varios modos de conseguir rellenos de este tipo. Uno de ellos esla instalación de un entramado de listones horizontales dispuestos segúndos direcciones perpendiculares entre sí que impiden la caída directa

Relleno de goteo

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del agua que proviene del sistema de distribución sobre la balsa derecogida inferior.

Es importante conseguir la horizontalidad de los listones para evitarcaminos inclinados que permitan al agua descender sin tener que saltarde unos listones a otros, y evitando así su rotura.

El aire puede discurrir horizontal (flujo cruzado) o verticalmente (flujoa contracorriente). Para evitar el arrastre de las gotas de agua por partedel flujo de aire se deben disponer separadores de gotas que impidanese consumo inútil de agua.

Los listones que se están imponiendo son los que tienen forma de Vinvertida debido a su poco peso, facilidad de instalación y elevadacapacidad para romper el flujo de agua.

Rellenos de película

Su funcionamiento se basa en la consecución de que el flujo de aguamoje la mayor superficie de relleno posible, de modo que el espesor dela capa de agua sea el menor posible, disminuyendo así su capacidadpara almacenar calor.

Se está comprobando que la capacidad de intercambio de calor de estossistemas es superior a la que presentan los sistemas anteriores, lo que setraduce en menores dimensiones de los equipos para refrigerardeterminadas cantidades de agua, y por ello son los que más se estánutilizando.

La mayor dificultad a la que se enfrenta el sistema de distribución deagua que trabaja con este tipo de rellenos, es la generación de finascorrientes de agua que sean capaces de mojar toda la superficie delrelleno, sin que se generen caminos preferentes que reduzcan la eficaciade la torre.

Frente a los rellenos de goteo, los rellenos de película son más favorablesa la acumulación de suciedad, pero el arrastre de agua por parte delcaudal de aire es mucho más reducido.

La forma en que se consigue la superficie base a mojar marca laclasificación de los rellenos de película.

Así, hay rellenos que se basan en la acumulación y superposición deobjetos de un modo ordenado o azaroso como pueden ser piedras otrozos de porcelana, plástico o aluminio. Son los rellenos de acumulación.Generan un gran obstáculo al paso del aire y no son los más habitualesen los procesos de enfriamiento industrial.

Los rellenos laminares abiertos se componen de grupos de láminasordenadas paralelamente y a cierta distancia, permitiendo el flujo deaire entre una lámina y la siguiente, estando ambas caras mojadas por

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el agua. Las láminas pueden ser planas u onduladas. Los materialesutilizados son fibrocemento, PVC y fibra de vidrio. Es el tipo que se estáutilizando en las torres de tiro natural y mecánico de uso industrial.

El relleno laminar cerrado o relleno de panal está formado por panelesrealizados en rejilla plástica que se amontonan sobre sí mismos, resultandouna apariencia similar a los rellenos de goteo. La dificultad mostrada alpaso de aire es superior que en el caso de los rellenos laminares abiertos.Su rendimiento es superior y, por ello, su uso está en auge, desplazandoa los tipos anteriores.

Rellenos mixtos

En su funcionamiento se dan, conjuntamente, la pulverización del aguay la formación de películas húmedas. Se resuelven como los rellenos degoteo pero los listones presentan mayores perfiles verticales y en estassuperficies se acumula el agua antes de caer al listón siguiente del relleno.

Se utilizan en torres en las que las características específicas del agua derefrigeración (elevado grado de suciedad, dureza (formación de costrascalcáreas),…) impiden el uso de los rellenos laminares.

5.4.3. Deflectores de aire

Son los elementos encargados de dirigir el aire de entrada hacia elinterior de la torre y hacerlo pasar a través del relleno. Se usanpreferentemente en las torres de tiro inducido para aprovechar al máximola depresión que se genera en el interior de la torre por el funcionamientodel ventilador a la salida de la misma.

Se trata de unas lamas dispuestas en forma de rejilla a la entrada de aire,con una forma adecuada para direccionar la corriente de aire sin presentarexcesivo obstáculo a su paso.

5.4.4. Eliminadores de gotas

Para evitar un elevado consumo de agua en las torres de refrigeración,a la salida del aire se instalan eliminadores de gotas que impiden que lacorriente de aire arrastre las gotas del agua pulverizada al exterior. Actúanhaciendo variar de forma brusca la dirección del aire, de modo que elagua, que no es capaz de seguir dicho cambio, choca contra las lamas,

Relleno laminar de fibrocemento

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las microgotas se agrupan en gotas de mayor tamaño y vuelven, porpropio peso, a caer sobre el relleno.

Además de evitar la pérdida de agua del circuito de enfriamiento, evitandaños en el entorno del equipo, ya que el aire con agua en suspensiónes más abrasivo y corrosivo que el aire libre de ella, y limita la formaciónde neblina y aerosoles, efecto a eliminar en las torres de refrigeracióndebido a ser conocidos agentes de transporte de la bacteria causante dela Legionela al cuerpo humano a través de las vías respiratorias.

En las torres de tiro inducido, el uso de eliminadores de gotas presentauna cuarta ventaja y consiste en la uniformización del flujo de aire através del relleno, debido a la barrera que supone el eliminador para elpaso de aire y ello se traduce en una igualdad de presiones en la zonaexistente entre relleno y ventilador que provoca la citada uniformidad.

Los separadores consisten en lamas de sección ondulada o poligonal queforman rejillas a la salida. Como se ha comentado, el aire de salida esbastante abrasivo y los materiales deben ser resistentes. Clásicamente sehan utilizado madera tratada, acero galvanizado, aluminio y las últimastendencias consisten en realizarlas con fibrocemento o materiales plásticos(PVC).

5.4.5. Chimeneas

Su uso generalizado está en las torres de tiro inducido y se instalan parafavorecer (de un modo no mecánico) el flujo de aire a través de la torre.Presentan las ventajas de no presentar coste alguno de explotación, muyreducido coste de mantenimiento y alejar del ámbito de la torre el airehúmedo y caliente de salida (evitando corrosiones de las partes másdébiles del sistema y recirculaciones en el sistema).

Dependiendo del tamaño de la torre se pueden construir de chapametálica o plástica para las torres más pequeñas, o de obra civil (hormigónarmado), para las de mayor tamaño..

Las formas más usuales son la cilíndrica, la troncocónica y la hiperbólica.Las primeras son de construcción más sencilla mientras que la geometría

Tipología de eliminadores de gotas

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de la última permite el óptimo cambio de la energía potencial quetransfiere el ventilador al aire en la energía cinética que favorece laentrada de aire por la parte inferior de la torre.

Ventiladores

El ventilador es el equipo encargado de aportar el aire exterior a lastorres de tiro mecánico. Fundamentalmente se usan dos tipos deventiladores en las torres de refrigeración: axiales y centrífugos.

En los ventiladores axiales el aire a la entrada y a la salida lleva la mismadirección, siendo ésta la misma que la que posee el eje de rotación delequipo. Son adecuados para mover grandes cantidades de aire conpérdidas de presión relativamente bajas. Se usan en torres de refrigeraciónde todos los tamaños.

La eficiencia de los ventiladores se sitúa alrededor del 80-85% cuandose usan con chimeneas y deflectores apropiados.

Los ventiladores centrífugos son aquéllos que funcionan basándose enla fuerza centrífuga que confieren las palas al aire. La toma de aire sueleser según la dirección axial del rodete (parte móvil del ventilador),mientras que la salida se realiza según una dirección tangencial a dichorodete. Los caudales que trasiegan estos ventiladores son inferiores a losaxiales, aunque las presiones que vencen son muy superiores.

Los ventiladores centrífugos suelen ser muy ruidosos y por ello su usose limita a los casos en los que esto no es un inconveniente.

Los motores eléctricos de los ventiladores pueden estar expuestos a lasmismas condiciones de funcionamiento que los ventiladores. Estascondiciones de elevadas temperaturas y humedades, unidas a los grandesperíodos de funcionamiento, hacen que la elección de estos elementosdeba realizarse con sumo cuidado y respetar unas condiciones mínimasde protección (motores clase IP55, que proporcionan protección contrael polvo y chorros directo de agua en cualquier dirección).

Cuando el tamaño de la instalación aumenta se suele proteger el motorinstalándolo a distancia de la corriente de aire y usando sistemas detransmisión para transportar la energía mecánica hasta las aspas delventilador.

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5.4.7. Control

En las torres de refrigeración deben controlarse el nivel de agua presenteen el circuito y el nivel de pH de dicho agua.

El nivel de agua se controla en la balsa de recogida de la torre tras supaso a través del relleno, mediante válvulas de boya o niveles de contactomagnético que accionan el sistema de llenado.

El ajuste del pH se realiza mediante la adición de productos químicos(principalmente ácidos) y la adición de inhibidores de la corrosión, traslos resultados de análisis químicos realizados temporalmente al agua deproceso.

En grandes instalaciones el control se automatiza y los análisis se realizande continuo mediante la toma de muestras realizada en distintas partesdel circuito. Además se miden las temperaturas de funcionamiento(entrada y salida de la torre, entrada y salida del condensador).

5.5. Evaluación de Rendimientos

5.5.1. Consumo de Energía en la Torre

En las torres de refrigeración, salvo el computable a los elementos decontrol, el consumo de energía se reduce al que consume el sistema dedistribución de agua y, si el tiro es mecánico, el sistema de ventiladores.

La energía consumida por un grupo de elevación de agua se transformaen la energía que se le comunica al fluido en forma de presión para quesea capaz de llegar, pasando a través de todo el circuito hasta el puntode vertido al relleno con la presión suficiente para que esa salida serealice en las condiciones óptimas.

Para que ello se produzca, la energía eléctrica que consume la bombadebe transformarse en la energía mecánica que se le transmite al agua,y este cambio tiene un coste que se evalúa a través del rendimiento dela bomba ( ), que, por definición, es la energía útil dividido por laenergía consumida por el equipo.

El rendimiento de la bomba es un factor que facilita el fabricante paracada punto de funcionamiento de la misma. La energía útil se evalúacomo la presión que se le confiere al caudal de agua que atraviesa elcircuito. La presión debe ser suficiente para vencer la diferencia de

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alturas entre la balsa de almacenamiento de agua y el punto de vertidode agua, además de las pérdidas de presión que provoca el rozamientodel caudal de agua por el interior de las tuberías y componentes delsistema.

De este modo, resulta que:

En la que:

• Pb, es la potencia eléctrica consumida por la bomba (kW)

• Q, es el caudal (m3/seg) impulsado por el equipo

• H, es la presión (en mca) que la bomba proporciona al fluido

• , es el peso específico del agua (igual a la densidad del agua por laaceleración de la gravedad 1.000Kg/m3·9,81m/seg2 = 9.810Kg/m2seg2)

• , es el rendimiento de la bomba.

La energía consumida por el equi po es igual al producto de la potenciaanterior por el tiempo de funcionamiento. Si además queremos conocerel costo de dicha energía tendríamos que multiplicar por el coste de laenergía eléctrica:

Donde:

• , es el coste anual de bombeo de la instalación ( )

• , es la potencia del equipo (kW)

• , es el tiempo a lo largo del año que está en funcionamiento lainstalación (seg)

• , es el precio de la energía ( /kJ).

De modo análogo se calcula la potencia y la energía consumida por elventilador:

Pero en este caso:

• , es la potencia eléctrica consumida por el ventilador (kW)

• , es el caudal (m3/seg) impulsado por el equipo

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• H, es la presión (en mca) que la bomba proporciona al fluido

• , es el peso específico del aire (igual a la densidad del aire por laaceleración de la gravedad 1,2Kg/m3·9,81m/seg2 = 11,8 Kg/m2seg2)

• , es el rendimiento del ventilador.

En los sistemas de calentamiento-enfriamiento de líquidos y gases, lapotencia térmica se calcula como el producto del caudal a trasegar porel calor específico del fluido circulante y por el salto térmico que provocael sistema:

Siendo:

• Pt, la potencia térmica necesaria (kCal/h)

• L, el caudal másico a enfriar (kg/h)

• c, el calor específico del fluido (1 Kcal/kgºC para el agua)

• T1 y T2, las temperaturas de entrada y salida del agua, respectivamente.

Esta potencia es la que resulta útil en la instalación y la que hay queevaluar frente a los costes de bombeo y ventilación para evaluar elrendimiento económico de la instalación.

5.5.2. Pruebas de rendimiento

Las pruebas de rendimiento de una torre de refrigeración consisten enensayar dicho elemento en condiciones similares a las de su diseñooriginal, para evaluar su buen funcionamiento, desestimar la posibilidadde existencia de algún fallo, o reconocer el o los elementos en mal estado.

La prueba debe llevarse a cabo en condiciones ambientales e internassimilares a las de diseño del sistema de refrigeración, entendiendo por“similares” los siguientes límites:

• Temperatura húmeda: ±5ºC

• Temperatura seca: ±10ºC

• Salto térmico: ±20%

• Caudal de agua: ±10%

Durante la prueba, los siguientes parámetros deben mantenerse constantes:

• Caudal de agua: ±5%

• Calor total: ±5%

El método expuestoestá basado en“ACCEPTANCE TESTCODE FOR WATERCOOLING TOWERS”,ATC-105, delCOOLING TOWERINSTITUTE y la NormaDIN 1947“PERFORMANCETESTS ON COOLINGTOWERS”

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• Salto térmico: ±5%

• Temperatura húmeda: ±1ºC / hora

• Temperatura seca: ±3ºC / hora

La duración de la prueba no será inferior a una hora y, previamente, elequipo deberá haber sido puesto en marcha con la suficiente antelaciónpara que durante una hora no varíen los parámetros anteriores porencima de los límites señalados.

La siguiente tabla recoge la frecuencia con la que se deben tomar lasmediciones para considerar la prueba como correcta:

5.5.3. Evaluación de rendimiento en las torres de refrigeración

En las torres de refrigeración de gran potencia, la evaluación delrendimiento de su funcionamiento se puede realizar principalmente detres modos:

• Método de la curva característica.

• Método de la curva de rendimiento.

• Método de la curva de garantía de enfriamiento.

En los tres casos se trata de representar sobre las curvas que facilita elfabricante de la torre, los resultados de pruebas de rendimiento ensayadas.

Los valores a representar se obtienen por métodos numéricos de cálculomatemático aplicados sobre el conjunto de datos tomados en campodurante la realización de los ensayos.

Con estos valores se traza la curva característica de la prueba y se comparacon la del fabricante y con ello se observa si la torre está trabajando porencima o por debajo de su capacidad de diseño, su rendimiento.

PARÁMETRO NÚMERO MÍNIMO DE MEDIDAS /HORA UNIDAD PRECISIÓN

Temperatura húmeda 6 ºC 0,1Temperatura seca 6 ºC 0,1Temperatura del agua fría 6 ºC 0,1Temperatura del aguacaliente 6 ºC 0,1

Caudal de agua decirculación 3 m3/h 1

Altura de bombeo de latorre 1 mca 0,1

Potencia absorbida por elventilador 1 kW 0,1

Velocidad del viento 3 m/s 1

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No es objetivo del presente libro el detalle de todo este proceso quepuede consultarse en la bibliografía citada al final del texto.

Se detalla, sin embargo, a continuación, el caso de las torres derefrigeración utilizadas en acondicionamiento de aire, ya que, dado sumenor tamaño, el fabricante no facilita el tipo de curvas descrito enpárrafos anteriores, sino que dispone de tablas con los resultados a losque cada uno de los modelos de su catálogo es capaz de llegar en unascondiciones de funcionamiento muy determinadas.

Dado que el ámbito de aplicación de este tipo de torres no presenta ungran espectro de casos, sino que, según las zonas, las condiciones detrabajo exteriores e interiores están bastante acotadas, las citadas tablassuelen ser suficientes y se pueden realizar interpolaciones en los casosen los que los datos de campo no coinciden exactamente con los facilitados.

En el caso de las torres de refrigeración para aire acondicionado:

• Con los datos de caudal de agua y temperaturas de entrada y salidade agua tomados en campo, se calcula la potencia real que estácediendo el equipo a la instalación.

• Con el modelo identificado en la tabla de selección de los equipos,se busca, para las mismas condiciones de trabajo, la potencia máximaque asegura el fabricante.

• Relacionando ambas potencias se obtiene el rendimiento de lainstalación que ayudará a encontrar los problemas y a la toma dedecisiones oportunas para mantener las instalaciones en adecuadascondiciones.

Ejemplo: La instalación de aire acondicionado de un local comercialprecisa enfriar de 35º C a 30º C un caudal de agua de 80 m3/h. Duranteel período de funcionamiento se tiene una previsión de temperatura debulbo húmedo de 23º C. Se desea seleccionar un equipo de la siguientetabla comercial y calcular el rendimiento del mismo cuando, tras unaprueba de rendimiento, se comprueba que las condiciones defuncionamiento son de 34,5º C a la entrada de agua, 29º C a la salida yuna temperatura de bulbo húmedo de 25º C fluyendo un caudal de38 m3/h por la instalación.

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La tabla muestra para cada modelo de torre la potencia térmica (kW)que es capaz de disipar en función de las condiciones de funcionamiento(temperaturas).

Como se ha visto en apartados anteriores, la potencia térmica se calculasegún la siguiente ecuación:

Siendo:

• Pt, la potencia térmica necesaria (kCal/h)

• L, el caudal másico a enfriar (kg/h)

• c, el calor específico del fluido (1 Kcal/kgºC para el agua)

• T1 y T2, las temperaturas de entrada y salida del agua, respectivamente.

Sustituyendo los datos del ejemplo se obtiene la potencia necesaria parael equipo:

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Entrando con estos valores en la tabla se obtiene el modelo necesario:

El modelo seleccionado sería el:

TC-135

En las nuevas condiciones de funcionamiento el equipo está disipandola siguiente potencia:

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La potencia prevista para la torre del local, con las nuevas condicionesde funcionamiento es la siguiente:

La potencia suministrada por el equipo seleccionado sería:

301 kW

El rendimiento de la instalación se obtiene dividiendo la potencia realentre la prevista, resultando:

El reducido valor del rendimiento muestra la presencia de alguna averíao malfuncionamiento en la torre que precisa la atención del técnico dela instalación.

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5.6. Mantenimiento

A continuación se detallan los elementos a controlar en las torres derefrigeración:

Sistema de distribución de agua

Para el correcto funcionamiento de la torre y el aprovechamiento delrelleno, los pulverizadores y boquillas a través de las que el agua es vertidaal interior de la torre deben estar totalmente limpios.

Tanto en los sistemas de distribución por presión como en los que lohacen por gravedad, la presencia de suciedad en estos elementos seobserva ante la mala distribución del agua al relleno.

Si ésta distribución no es accesible debe observarse el estado de las balsassuperiores en el caso de distribución por gravedad.

En el caso de distribución por presión, se debe medir la presión enalgunos puntos del sistema. Si la obstrucción se produce en alguno delos colectores secundarios se tendrá una distribución desigual entre unosramales y otros, y presiones variantes para puntos igualmente alejadosdel sistema de bombeo.

Si la obstrucción se produce en las conducciones principales la muestraserá el descenso en el caudal de agua total que pasa por la torre.

Todas las balsas requieren limpiezas periódicas para evitar obstruccionesen las rejillas, válvulas y bombas de circulación. Puede realizarse unalimpieza anual vaciando por completo la balsa, mientras que las rejillasdeben ser inspeccionadas y limpiadas frecuentemente.

La balsa de agua fría debe mantener un nivel normal o ligeramente alto.El descenso de nivel a través de la parrilla de barrotes debe ser nulo sila parrilla está limpia. Posteriormente se revisará el ruido, vibración yr.p.m. de la bomba. Los ruidos y las vibraciones pueden ser causados pormal estado de los cojinetes o por cavitación. La cavitación de la bombapuede provenir de varios conceptos: bombeo excesivo, poca altura deaspiración, agua caliente, impulsor desgastado o una combinación detodos ellos.

Si se comprueba falta de caudal y el circuito de recirculación está limpio,el problema puede deberse a la bomba. Para proceder a su comprobaciónse debe estar en posesión de su curva característica y su curva derendimiento.

La curva característica de una bomba es un diagrama que muestra, paratodos los caudales que es capaz de trasegar, la presión que puede dotaral fluido. La curva de rendimiento relaciona, también para todos esos

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caudales, la potencia eléctrica consumida y la potencia que se le transfiereal fluido.

Con estos diagramas se procede a realizar tomas de datos de caudal yaltura que proporciona la bomba para varias posiciones de las válvulasde cierre que se instalan en su impulsión. De ese modo se varía la curvaresistente de la instalación y el caudal varía de una prueba a otra.

Dibujando los datos obtenidos sobre la curva característica, la nocoincidencia delatará la presencia de algún problema en el equipo. Quepuede ser alguno de los siguientes:

• Perforación del rodete: debido a la cavitación producida por undeficiente diseño del tramo de aspiración desde la balsa de recogidade agua hasta el equipo, o la presencia de algún elemento extraño.

• Pérdida del sellado entre rodete y carcasa, que hace que la presióndel agua se escape en forma de fugas hacia la aspiración de la bomba.

Relleno

El relleno debe ser revisado cada seis meses, inspeccionando:• El estado general de todos los elementos.

• Su correcta ubicación para permitir el correcto flujo de aire y agua,y la no aparición de tensiones que puedan llevar a la fractura dealguno de ellos.

Eventualmente se debe controlar el estado general de limpieza de todaslas superficies, evitando que la suciedad disminuya el rendimiento delequipo.

Muchos de los problemas de suciedades se evitan actuando sobre el aguay el aire del circuito, tratando convenientemente la primera y disponiendofiltros a la entrada de aire.

Deflectores y eliminadores de gotas

Comprobar si algún panel está roto, deteriorado o mal colocado, asícomo la existencia de huecos o desalineamientos que permitan unapérdida excesiva de agua. Examinar los soportes y comprobar que nohaya obstrucciones por depósitos o por crecimiento de algas.

Ventiladores

El nivel de control sobre el funcionamiento de una torre de refrigeraciónde tiro mecánico se consigue mediante los ventiladores de la misma.

La forma de los álabes que impulsan el aire es determinante para el

La curva característicade una bomba es undiagrama quemuestra, para todoslos caudales que escapaz de trasegar, lapresión que puededotar al fluido. Lacurva de rendimientorelaciona, tambiénpara todos esoscaudales, la potenciaeléctrica consumida yla potencia que se letransfiere al fluido.

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correcto funcionamiento del ventilador y de la torre, en general. Existenventiladores en los que los álabes son de posición orientable; en estoscasos deberá revisarse y ajustarse periódicamente dicha posición, ademásde las variaciones que se les debe dar para adaptar las prestaciones dela torre a las necesidades de la instalación de refrigeración.

La presencia de suciedad en los álabes también varía sus condiciones defuncionamiento.

En los ventiladores de álabes fijos hay que revisar el estado de la uniónde los álabes con el eje ya que es el punto de mayor esfuerzo y por dondesuelen romperse estos elementos.

Tratamiento del agua de recirculación

El agua contiene sólidos disueltos, gases y materias en suspensión encantidades variables, que pueden ser origen de problemas de operación:

• Los bicarbonatos y sulfatos de calcio, sodio y hierro son los sólidosen disolución más corrientes, dependiendo la cantidad de cada unode ellos de su abundancia en el terreno de donde procede el agua.

• El dióxido de carbono es el gas más común y las mayoresconcentraciones se encuentran en aguas de pozos poco profundosy lagos, debido a los procesos de putrefacción.

• Los sólidos en suspensión pueden ser limo o partículas transportadaspor el aire. En el transcurso del funcionamiento todos los sistemasde agua desarrollan algas y otros organismos.

Por otra parte, el agua disponible puede estar afectada por vertidosindustriales, que le confieren un carácter ácido.

Además, el agua está expuesta continuamente al aire atmosférico, quepuede estar sucio o contaminado, y la cortina de agua de la torre actuara modo de filtro para todas esas partículas que quedan en el agua.

En función del tamaño e importancia de la instalación, los tratamientosvan desde una purga del fondo de la balsa de almacenamiento de agua(donde se recogen todas estos contaminantes) hasta la inyección encontinuo y automático de todo tipo de elementos químicos (en funciónde los parámetros detectados en análisis realizados también en continuo)que inhiben los efectos corrosivos del agua contaminada.

Los problemas que pueden aparecer en los elementos de una torre derefrigeración por la deficiente calidad del agua son los siguientes:

• Erosión de los materiales ante los choques producidos por el aguay los elementos que lleva en suspensión.

• Formación de incrustaciones que conducen a distribución irregular,

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posible bloqueo de los conductos de aire y/o agua y posibles fallosestructurales.

• Taponamiento de los canales del relleno por acumulación de suciedad.

• Ataques de hongos; el riesgo por este concepto puede aumentar porhumedecimiento y secado alternativo del material.

• Degradación química.

• Corrosión de las partes metálicas.

• El rendimiento puede verse afectado por colonias orgánicas queproliferan en los conductos llegando a bloquearlos, aunque no poreso se produzcan daños en los materiales.

Para evitarlos, deben realizarse controles periódicos sobre:

• La acidez y alcalinidad del agua.

• La aparición de incrustaciones.

• La corrosión de las partes metálicas de la instalación.

• Los crecimientos orgánicos.

• Los filtros del sistema.

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6. ELEMENTOS AUXILIARES DE LOS SISTEMASFRIGORÍFICOS

6.1. Silenciadores

Se instalan silenciadores con el fin de reducir los ruidos que originan laspulsaciones del gas.

Se trata de dispositivos en forma de tubos en cuyo interior van dispuestasplacas, tabiques o mallas metálicas que originan cambios en la velocidaddel aire sin originar grandes pérdidas de carga. La instalación desilenciadores entre compresor y condensador debe ir complementadocon el empleo de amortiguadores de vibraciones (antivibratorios oconexiones flexibles descritos en el apartado 5.7.1).

6.2. Receptor de líquido

El receptor de líquido tiene como función almacenar el refrigerante enestado líquido con el fin de asegurar la compensación de las variacionesde volumen de fluido del circuito debidas a las diferentes temperaturasde funcionamiento y permitir la compensación de aperturas y cierres dela válvula de expansión que suministra fluido al evaporador.

El receptor de líquido se instala entre el condensador y la válvula deexpansión tal y como se muestra en el esquema siguiente.

Silenciadores

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6.3. Acumulador de succión

Un acumulador de succión se trata de un recipiente a presión diseñadopara evitar la entrada de refrigerante en estado líquido al compresor y/oaceite líquido en grandes cantidades; el acumulador es capaz de retenerel exceso de mezcla en estado líquido y posteriormente enviarlo en estadode gas. Se instala entre el evaporador y el compresor, donde existe laposibilidad de regreso de líquido por la línea de succión.

Entre las causas que originan la entrada de refrigerante líquido alcompresor se encuentran:

• Válvula de expansión de tamaño superior al necesario.

• El bulbo de la válvula de expansión no hace correctamente contactoen la línea de succión.

• La válvula de expansión está mal ajustada o en posición abierta.

• Sobrecarga de refrigerante en sistemas que usan tubo capilar.

• Falta de carga en el evaporador.

• Regreso de líquido al terminar el ciclo de deshielo con gas caliente.

Esquema receptor de líquido

Receptor de líquido

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La entrada de refrigerante líquido y aceites líquidos al compresordependen de la cantidad que le esté llegando. Tal y como se ha explicadoen el punto 1.5.1, los compresores para refrigeración están diseñadospara comprimir vapor. Si es excesiva la cantidad de líquido que entra alcilindro a través de la línea de succión, el pistón, en su carrera ascendente,golpeará este líquido contra la válvula o plato de descarga, produciendoun efecto como el de un gato hidráulico originando daños en las válvulasde descarga, los pistones, las bielas y hasta el cigüeñal, pudiendo provocarla ruptura del compresor. El exceso de refrigerante líquido que retornaal compresor diluye el aceite, disminuyendo sus propiedades lubricantes,y causando daños por mala lubricación en cojinetes y otras partes móviles.En algunos casos, se pierde completamente el aceite del cárter.

Ejemplo: La existencia de refrigerante líquido en el aceite puede ocasionarque el interruptor de presión de aceite se dispare por baja presión(aunque el nivel de aceite del compresor sea alto). El compresor sepresenta una momentánea baja de presión en el cárter, y el refrigerantelíquido se evapora, sin poder la bomba mantener la presión adecuada.Si esta situación continúa, cuando se haya evaporado determinadacantidad del refrigerante de la mezcla (refrigerante-aceite), se normalizanlas presiones en la bomba. Puede pensarse erróneamente que el falloestá en la bomba (al no haber podido mantener la presión), pero alreponerla no se solucionará el problema mientras siga habiendo aceite.

Cuando se presenta una situación de éstas, se piensa que es la bomba deaceite la que está fallando y se reemplaza. Al instalar una bomba nueva,se creerá que se solucionó el problema, pues se restablecerá la presióndel aceite; sin embargo, la siguiente vez que se diluya el aceite conrefrigerante líquido, volverá a bajar la presión del aceite.

El acumulador de succión más frecuente se trata de un recipiente verticalen forma de U , el vapor de refrigerante entra al acumulador, pasa através del tubo en U hacia la succión del compresor. Las gotas (máspesadas) de refrigerante caen al fondo incrementando el volumen delíquido.

Acumulador de succión Acumulador de succión

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6.4. Separadores de aspiración

Se trata de un separado de aceite (descrito en el punto siguiente) quelleva incorporado un serpentín donde se intercambia calor entre ellíquido caliente y la aspiración fría (actuando como un intercambiador(apartado5.6.10).Se instala en la línea de aspiración antes del compresor.

En los puntos siguientes se desarrolla el funcionamiento tanto delseparador de aceite como del intercambiador de calor.

6.5. Separadores de aceite

El separador de aceite es un dispositivo diseñado para separar el aceitelubricante del compresor del refrigerante antes que entre a otroscomponentes del sistema, también produce efecto de silenciadorreduciendo las pulsaciones del gas en la descarga del compresor.

El aceite es necesario para la lubricación y el enfriamiento de loscompresores (como se desarrollará en el apartado 5.8), no obstante acontinuación describiremos los efectos que produce la presencia deaceite en distintos componentes del sistema:

• Condensador: La presencia de aceite en el condensador reduce lacapacidad de éste, puesto que ocupará un volumen que debería serutilizado por el refrigerante. La capacidad del condensador se reduceen un porcentaje similar al del aceite en la mezcla.

Ejemplo: Si en la mezcla de refrigerante-aceite existe un 20% deaceite el condensador tendrá que trabajar más para que circule lacantidad necesaria de refrigerante. El aceite recubrirá las paredesdisminuyendo la superficie de transferencia de calor, añadiendo queserá necesaria mayor presión de condensación; por tanto la presenciade aceite origina un aumento del trabajo de la instalación.

• Evaporador: Cuando hay exceso de aceite circulando en un sistemade refrigeración, el evaporador se ve afectado por la reducción enla transferencia de calor, debido a que las paredes internas de lostubos se recubren de una película de aceite que actúa como aislante,lo que trae como consecuencia un aumento en las temperaturas deevaporación y de los productos que se están enfriando, haciendo queel equipo trabaje durante más tiempo.

• Filtros deshidratadores: Cuando el aceite se descompone generandolodos y ceras, disminuyendo la superficie de filtrado, incluso llegandoa obstruirlo.

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• Dispositivos expansión: En los tubos capilares el efecto es muy parecidoal que se observa en el condensador, ya que les reduce su capacidadvolumétrica al circular aceite a través del reducido orificio del tubocapilar, disminuye el flujo de refrigerante y causa variaciones en lapresión. También, el punto de ebullición del refrigerante se veafectado por el aceite, y varía, dependiendo del porcentaje de aceiteen la mezcla. Todo lo anterior afecta la capacidad del tubo capilar(descrito en el apartado 5.4.1) para controlar el flujo de refrigerantehacia el evaporador, provocando fluctuaciones en la temperatura deevaporación. La presencia de aceite en el sistema produce laacumulación de ceras alrededor de la aguja de la válvula de termoexpansión (descrito en el apartado 5.4.1), obstruyen el orificio de laválvula y en ocasiones la tapan totalmente. El aceite, al pasar a travésde la válvula de termo expansión, también disminuye la capacidadvolumétrica de una manera similar que en el condensador; el bulbode la válvula de termo expansión se ve afectado por el aceite encirculación, ya que éste recubre las paredes internas del tubo de lalínea de succión, causando variaciones en la transferencia de calor,y consecuentemente, afecta al control que el bulbo pueda reflejar alsobrecalentamiento del gas de succión.

La separación del aceite del fluido frigorígeno en un separador se obtienemediante la combinación de tres procedimientos:

• Cambios bruscos de dirección del flujo de gas: la inercia tiende aproyectar las gotas de aceite a lo largo de las paredes donde sedecantan.

• Reducción brusca de la velocidad del gas refrigerante: las moléculaspesadas de aceite no pueden ser arrastradas por el fluido gaseoso.

• Superficie de choque a la cual se va a adherir el aceite: provocandoel mismo efecto que los dos sistemas citados.

A continuación se describe el funcionamiento del separador de aceite:

El gas de descarga sobrecalentado y cargado de aceite, sale del compresora alta velocidad, y a través de la línea de descarga llega a la entrada delseparador de aceite. Aquí, el refrigerante queda en estado gaseoso conun altísimo sobrecalentamiento y moviéndose a gran velocidad. El aceitetiene la misma velocidad pero en forma líquida, y como tiene mayordensidad que el refrigerante, su inercia también es mayor. Como el áreade sección transversal de la cápsula del separador es mucho mayor quela del tubo de descarga, esto provoca una reducción en la velocidad delgas. Simultáneamente a esta reducción de velocidad, la mezcla de gas yaceite pasa a través de la malla de choque a la entrada, donde una partedel aceite es separado del gas refrigerante. Otro gran porcentaje del

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aceite se encuentra en forma de partículas más finas, las cuales sólopueden ser removidas provocando que choquen unas con otras paraformar partículas más pesadas. Esto sólo puede lograrse gracias al cambiode velocidad que sufre la mezcla de aceite y gas refrigerante, y a que laspartículas de aceite tienen mayor densidad que el gas refrigerante. Elgas refrigerante una vez liberado de su alto contenido de aceite, fluyehacia abajo y hace un giro de 180° en U alrededor de la placa de choque,donde se separa aún más aceite debido a la fuerza centrífuga; ya que elgas refrigerante sobrecalentado puede cambiar de dirección másfácilmente, dejando abajo el aceite que es más pesado. Finalmente, elgas pasa a través de la malla de salida donde sufre una última depuración,antes de entrar a la línea de descarga, para luego recuperar su velocidadoriginal debido a la reducción del diámetro. Una vez libre de aceite, elgas refrigerante sigue su paso hacia el condensador. El aceite separadoescurre al fondo, donde se encuentra un depósito adecuado paraacumularse, hasta que alcance un nivel suficiente para balancear elflotador y accionar la válvula de aguja, la cual permite el regreso delaceite al cárter del compresor. El flujo de aceite hacia el cárter, esprovocado por la diferencia de presiones entre la alta presión del gas enel separador y la baja presión en el cárter. Siempre va a permanecer enel separador una pequeña cantidad de aceite, lo suficiente para que conotro poco que se acumule, se accione el mecanismo del flotador

La selección del separador de aceite debe hacerse teniendo en cuentala potencia frigorífica, la naturaleza del fluido frigorígeno, así como lastemperaturas de evaporación y condensación.

6.6. Sistemas de retorno de aceite a los compresores

Tal y como se ha descrito en el punto anterior, cierta cantidad de aceiteestá en contacto con el fluido frigorígeno , siendo necesario separar lamezcla y devolver el aceite al cárter del compresor. En la parte alta del

Separador de aceite

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separador de aceite, y conectada al tubo de aspiración, se instala unaválvula tarada que mantiene la diferencia de presión entre el depósitode aceite y el cárter del compresor y garantiza la vuelta del aceite al cárter.

A continuación se describe el proceso por el que actúa la válvula deretorno de aceite:

• Al pararse el compresor y subir la presión de aspiración se abre lalengüeta y permite el retorno del aceite que contiene el gas evaporado.

• Al ponerse en marcha y descender la presión de aspiración en relacióncon la del cárter, dicha lengüeta queda cerrada y evita el bombeo deaceite.

El aceite de retorno a los compresores debe depurarse previamentemediante filtros de malla metálica con el fin de retener las impurezas yasegurar la máxima calidad del aceite que lubrica el compresor.

Por medio de visores de paso de aceite, se controla la circulación y elestado del aceite; el regulador de nivel de aceite garantiza la correctaentrada del aceite al cárter así como el mantenimiento de un niveladecuado.

a) Visor de paso aceite, b) Regulador de nivel de aceite, c) Filtro, d)Válvula retorno de aceite, e) Aceite sobrecalentado, f) Sensor detemperatura de descarga.

6.7. Filtro deshidratador

Durante el proceso de instalación, ensamblaje, carga de refrigerante ode aceite existe la posibilidad que entren contaminantes en el sistemafrigorífico. Entendemos por contaminantes aquellas sustancias presentesen los sistemas de refrigeración sin ninguna función útil y que sonperjudiciales para el funcionamiento de los componentes.

El refrigerante y el aceite deben mantenerse libres de contaminantes yhumedad a lo largo de todo el ciclo, para evitar que se produzcan

Separador de aceite- válvula retorno

436



problemas de funcionamiento en la válvula de expansión, tubo capilaro compresor; por tanto, antes de la puesta en marcha de de la instalación,debe eliminarse la humedad por vacío (proceso descrito en el apartado5.6.14), durante el funcionamiento y para asegurar el funcionamientoóptimo se debe recoger y almacenar suciedad y humedad mediantefiltros.

Los principales efectos de los contaminantes sólidos:

• Rayar las paredes de los cilindros y los cojinetes.

• Obstrucción de la válvula de termo expansión o del tubo capilar.

• Alojarse en el devanado del motocompresor y actuar comoconductores, creando corto circuito, o actuar como abrasivos en elaislante del alambre.

• Depositarse en los asientos de las válvulas de succión o descarga,reduciendo significativamente la eficiencia del compresor.

• Tapar los orificios de circulación de aceite en las partes móviles delcompresor, provocando fallas por falta de lubricación.

• Servir como catalizadores (aceleradores) de la descomposición químicade refrigerante y aceite.

La entrada de humedad en el sistema ocasiona:

• Formación de hielo en la válvula de termo expansión, en el tubocapilar o el evaporador, restringiendo u obstruyendo el flujo derefrigerante.

• Oxidación y corrosión de metales.

• Descomposición química del refrigerante y del aceite.

• Corrosión.

• Daño químico al aislamiento.

• Hidrólisis del refrigerante formando ácidos y agua.

• Polimerización del aceite, descomponiéndose en otros contaminantes.

Los filtros deshidratadores contienen material desecante y materialfiltrante para absorber la humedad, ácidos, así como contaminantes enestado sólido de la mezcla de refrigerante y aceite del sistema, instalándoseen la línea de líquido.

437



6.8. Pre-enfriador

Para enfriar el gas de descarga del compresor y volver a enviarlo éstecomo medida de protección contra sobrecalentamientos del motor ypara reducir el consumo de energía se emplean tubos de cobre en formade U o parte de la tubería de refrigeración del condensador.

6.9. Indicadores de líquido humedad

El indicador de líquido y humedad es un dispositivo que revela la presenciade exceso de humedad (en el apartado 5.6.7 se han descrito los problemasque genera la humedad en el sistema) y permite comprobar la circulaciónde refrigerante líquido a través del visor

El indicador dispone de un papel filtro poroso que cambia de color enfunción de la presencia de exceso de humedad; el cambio será reversible,volviendo al color inicial una vez se ha eliminado la humedad.

Esquema pre-enfriador

438



Como ya se ha explicado, el refrigerante debe llegar a la válvula deexpansión en estado líquido; la existencia de burbujas indica que elrefrigerante está evaporándose.

En el apartado 5.6.7 se han descrito las causas de la presencia de humedaden el sistema, por lo que a continuación describiremos únicamente lascausas por las que puede encontrarse burbujas en el visor:

• Falta de refrigerante, debido a una carga insuficiente o fugas.

• Filtro deshidratador parcialmente obstruido.

• Restricciones en la línea de líquido que provocan una caída de presióncon el consiguiente cambio de temperatura produciendo laevaporación del líquido y formando burbujas.

• Si la línea de líquido es demasiado larga y el indicador está instaladoa la salida del filtro deshidratador no se detectará la presencia deburbujas formadas a continuación de éste, debido a las pérdidas hastala válvula de expansión. En estos casos se instalan dos indicadores denivel en la línea de líquido, uno después del filtro y otro antes de laválvula de expansión.

• Falta de subenfriamiento.

Los indicadores de líquido y humedad se fabrican en acero, latón y cobre,tratándose de elementos fijos del sistema; en el apartado 2.3 se desarrollala medición de la humedad mediante psicrómetros.

6.10. Intercambiadores de calor

El intercambiador de calor permite la transmisión de calor entre latubería de líquido (fluido caliente) y la tubería de aspiración (fluidofrío).

Durante el funcionamiento, el refrigerante líquido de temperatura alta(antes de su entrada en la válvula de expansión) intercambia calor conel refrigerante gaseoso de temperatura baja (antes de ser enviado alcompresor) produciéndose, por subenfriamiento del líquido, elrecalentamiento de los gases (evaporándose las gotas de refrigerante).

Indicador líquido humedad

439



Las funciones del intercambiador de calor son las siguientes:

• Aumentar el coeficiente de transmisión de calor.

• Asegurar la entrada únicamente de líquido subenfriado a la válvulade expansión.

• Evitar la compresión húmeda.

El intercambiador está formado interiormente por un tubo de cobre yaletas en espiral, por donde circula el líquido y el gas (disposición quepermite aumentar la superficie de intercambio entre las dos fases). Lacirculación de los gases y el líquido será en sentido contrario.Exteriormente puede estar constituido por acero, cobre o latón.

La capacidad del intercambiador depende de la superficie de intercambioy su selección es función de la potencia frigorífica de la máquina, laselección de un intercambiador de superficie inferior a la necesariapodría provocar recalentamiento y pérdida de carga elevadas en elcircuito de aspiración.

6.11. Purgadores

Los circuitos de fluido frigorígeno, y especialmente las instalaciones quetrabajan a presiones inferiores a la atmosférica, contienen en serviciogases no condensables (aire, compuestos gaseosos liberados por aceites…),que originan un aumento en la presión de descarga.

Para eliminar estos gases del sistema se recurre a los purgadores:

• Válvula de purga manual: Situada en la tubería de descarga antes dela entrada al condensador; se emplea en instalaciones pequeñas ytiene el inconveniente que al finalizar el proceso manual de purgase pierde parte del fluido refrigerante.

• Válvula de purga automática: Tiene la ventaja respecto a la manualde poder recuperar el refrigerante arrastrado por los gases nocondensables; se debe situar en todos aquellos puntos del sistemasusceptibles de albergar gases no condensables, como a la entradadel condensador y en el recipiente de líquido, que suelen incorporaruna toma específica.

Mediante el enfriamiento se consigue la condensación del refrigerante,que va al fondo del purgador, y los gases no condensables se separan.

440



a) Entrada de mezcla fluido frigorígeno-gases no condensables, b) dobleenvolvente, c) toma unión evaporador-compresor, d) válvula de expansiónde flotador para fluido condensado, e) purga de gases no condensados,f) tubo central.

6.12. Drenaje

Las tuberías y bandejas de drenaje se instalan con el fin de conducir yevacuar los condensados y goteos del evaporador.

6.13. Cilindro de carga

Para el llenado de refrigerante a los compresores herméticos ysemiherméticos se emplean cilindros de carga; se trata de un dispositivograduable para cada tipo de refrigerante que dispone de un manómetro,válvula de seguridad y válvula de carga.

6.14. Equipo de vaciado y de carga

El equipo de vaciado y carga está compuesto por: dosificador derefrigerante, bomba de vacío, vacuómetro y analizador. El procedimientode vaciado y llenado de la instalación aparece descrito en el apartado 2.

6.15. Suministro de energía y cableado de enlace

Con el fin de entender el sistema de alimentación de energía a losdistintos elementos del circuito así como los dispositivos de protección,resumiremos los conceptos fundamentales de la electricidad.

Unidades eléctricas

Voltio (V) es la diferencia de potencial eléctrico que existe entre dospuntos de un hilo conductor que transporta una corriente de intensidad

Purgador

441



constante de un amperio cuando la potencia disipada entre estos puntoses igual a 1 watio. Unidad de fuerza electromotriz.

Amperio(A) es la intensidad de una corriente constante quemanteniéndose en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitudinfinita, de sección circular despreciable y situados a una distancia deun metro uno de otro en el vacío, produciría una fuerza igual a 2·10-7newton por metro de longitud. Unidad de intensidad de corrienteeléctrica.

Watio (w) es la potencia que da lugar a una producción de energía iguala 1 julio por segundo. Unidad de potencia, flujo radiante.

Un ohm ( ) es la resistencia eléctrica que existe entre dos puntos de unconductor cuando una diferencia de potencial constante de un voltioaplicada entre estos dos puntos produce, en dicho conductor, unacorriente de intensidad un amperio, cuando no haya fuerza electromotrizen el conductor.

Motores eléctricos: máquinas que convierten la energía eléctrica enmecánica; atendiendo al tipo de alimentación, se distinguen:

- Motores de corriente alterna (monofásica o trifásica).

- Motores de corriente continua (serie, derivación o compound).

Rendimiento de un motor: relación entre la energía en el eje del motor(restando las pérdidas por rozamiento…) y la energía suministrada.

Factor de potencia: la intensidad de corriente alterna lleva un desfaserespecto a la tensión por lo que la potencia no es el producto de intensidady tensión, incorporándose el término conocido por cos f.

Dispositivos eléctricos:

Relé de puesta en marcha y capacitador:

Ambos dispositivos se emplean para la puesta en marcha del compresor;se pueden diferenciar dos sistemas teniendo en cuenta si las unidadesvan equipadas con tubo capilar o válvula de expansión:

442



En el caso de motores de inducción monofásicos, el par de torsión depuesta en marcha se obtiene por la diferencia de fase creada por elcapacitador (Cr )entre bobina principal y auxiliar.

Las unidades equipadas con válvula de expansión necesitan un par detorsión más elevado para la puesta en marcha del compresor, por lo quese le añade al esquema de encendido 1 el capacitador de puesta enmarcha. Cuando la velocidad de giro aumenta y el voltaje de la bobinaauxiliar se incrementa hasta el voltaje de accionamiento, el contacto seabre.

• Contactor: utilizado para la puesta en marcha de los motores decompresores y ventiladores. Cuando se suministra energía a la bobinaA, se transforma en un imán atrayendo el núcleo B y haciendo queel contacto C se cierre.

• Protector contra inversión de fase: evita el giro invertido del compresor.

Si se cambian las conexiones de las fases de la fuente de alimentaciónprincipal se cambiaría el sentido de giro del compresor, éste aspiraráel refrigerante a partir de la tubería de descarga enviándolo a latubería de aspiración.

Encendido 1

Utilizado en unidades equipadas con un tubo capilar

Encendido 2

Utilizado en las unidades equipadas con una válvula de expansión

443



• Protector interno: evita que se queme el motor del compresor. Cuandola temperatura de la bobina aumenta la pieza bimetálica se deformaabriéndose los contactos e interrumpiendo la alimentación al motor.

• Protector térmico del compresor: evita que el compresor se queme,detectando la temperatura del cabezal del compresor. Trabaja deforma similar al protector interno, cambiando la ubicación delinterruptor. Cuando la temperatura del cabezal del compresoraumenta por encima de la temperatura ajustada, la pieza bimetálicadel interruptor sujeto al cabezal se deforma, y los contactos eléctricosse abren, ocasionando la parada del motor.

• Relé de sobreintensidad: instalado en el cuadro eléctrico, evita quelos motores del ventilador y del compresor se quemen. Si la corrientees superior a la de ajuste, la pieza bimetálica del relé se deforma alcalentarse, abriéndose los contactos y provocando la parada del motor.

a) Terminal circuito de control, b) Contactos eléctricos, c) Palanca,d)Pieza bimetálica, e) Calentador, f) Terminal circuito principal

Protector contra inversión de fase

Protector interno

Relé de sobreintensidad:

444



• Termostato de protección contra la congelación: dispositivo que evitala congelación del intercambiador interno.

• Temporizador de seguridad: conectado al circuito de control delcompresor retarda el periodo de reinicio del compresor durante uncierto tiempo.

• Conmutador: se emplea para convertir la corriente alterna en continuaen los casos en los que los contactores magnéticos funcionen encorriente continúa.

• Varistor o varistancia: con el fin de proteger los microprocesadores,relés y demás componentes electrónicos de las tarjetas de circuitosimpresos se emplea el varistor.

• Transformador: los elementos de control se alimentan a distintovoltaje (12-24 V) que el resto de los componentes (220-380V). Parasuministrar alimentación al control con el voltaje adecuado se empleantransformadores.

Temporizador de seguridad

Conmutador

445



a) Suministro de energía, b) Transformador, c) Contacto del protectortérmico del compresor, d) Contacto del conmutador de presión alta,e) Relé de sobreintensidad, f) Contactor magnético, g) Conjunto rotativo,h)termostato.

Diagrama de cableado

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7. MATERIALES

De acuerdo con lo dispuesto en el artículo 23 del Reglamento de Seguridadpara Plantas e Instalaciones Frigoríficas, cualquier material empleadoen la construcción e instalación de un equipo frigorífico debe ser resistentea la acción de las materias con las que entre en contacto, de forma queno pueda deteriorarse en condiciones normales de utilización, y, enespecial, se tendrá en cuenta su resistencia a efectos de su fragilidad abaja temperatura.

Empleo de metales no férricos y sus aleaciones.

Conforme a lo previsto en el párrafo anterior, queda prohibido el usode los siguientes metales y sus aleaciones:

a) El cobre con el amoníaco y el formiato de metilo. Las aleaciones decobre (por ejemplo, latón, bronce) pueden utilizarse después de unminucioso examen de su compatibilidad con los materiales con quepuedan estar en contacto.

b) El aluminio con el cloruro de metilo.

c) El magnesio, salvo en casos especiales en que se utilicen aleacionesde bajo porcentaje del mismo. En estos casos se comprobaránminuciosamente, antes de su empleo, sus resistencias a los productoscon los que vayan a entrar en contacto.

d) El zinc con el amoníaco, cloruro de metilo y fluidos frigorígenosclorados.

e) El plomo con los fluidos frigorígenos fluorados, salvo en la construcciónde juntas.

f) El estaño y las aleaciones plomo-estaño con hidrocarburos fluorados,cuando se prevean temperaturas de servicio inferiores a -10º C.

g) Las aleaciones de estaño para soldaduras blandas a temperaturas deservicio inferiores a -10º C. Se podrán utilizar a otras temperaturassiempre y cuando vayan a estar sometidas a tensiones mecánicaspequeñas.

Los componentes de las aleaciones para soldadura fuerte se examinaránen función de su compatibilidad con los fluidos frigorígenos.

7.1. Tipos y designación comercial; condicionesde utilización y aplicaciones

Tuberías de cobre en rollos, rígida y capilar

En las instalaciones frigoríficas normalmente se asocia el fluido frigorígeno

447



con los materiales constituyentes como tuberías y accesorios; para fluidosclorofluorados se emplea el cobre, y en instalaciones de amoniaco seemplea el acero. La primera asociación es siempre válida conindependencia de la potencia del sistema, por el contrario, en instalacionescomerciales, para las tuberías de líquido de alta presión en instalacionesindustriales, las tuberías de baja presión hasta 2 5/8’’ y en las ejecutadasen forma de monobloque condensadas por agua se emplea cobre,utilizando acero en el resto de instalaciones industriales.

Las tuberías de cobre para las instalaciones frigoríficas tienen que estarrecocidas, limpias y secas, en todo momento. Durante el suministro y laejecución de la instalación se taparán los extremos de las tuberías deforma que queden limpios y sin humedad.

Las principales características y ventajas de la tubería de cobre son:

- Resistencia a la corrosión.

- Se fabrican sin costura.

- Continuidad de flujo.

- Facilidad de unión.

- Fácil de cortar y de soldar.

Las tuberías se instalarán de forma ordenada, disponiéndolas, siempreque sea posible, paralelamente a tres ejes perpendiculares entre sí yparalelos a los elementos estructurales del edificio, salvo las pendientesque deben darse a los elementos horizontales.

La separación entre la superficie exterior del recubrimiento de unatubería y cualquier otro elemento será tal que permita la manipulacióny el mantenimiento del aislante térmico, si existe, así como de válvulas,purgadores, aparatos de medida y control, etc.

El órgano de mando de las válvulas no deberá interferir con el aislantetérmico de la tubería. Las válvulas roscadas y las de mariposa deben estarcorrectamente acopladas a las tuberías, de forma que no haya interferenciaentre éstas y el obturador.

La alineación de las canalizaciones en uniones, cambios de sección yderivaciones se realizará sin forzar las tuberías, empleando loscorrespondientes accesorios o piezas especiales.

Para la realización de cambios de dirección se utilizarán preferentementepiezas especiales, unidas a las tuberías mediante rosca, soldadura, encoladoo bridas.

El radio de curvatura será el máximo que permita el espacio disponible.Las derivaciones deben formar un ángulo de 45 grados entre el eje delramal y el eje de la tubería principal. El uso de codos o derivaciones con

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ángulos de 90 grados está permitido solamente cuando el espaciodisponible no deje otra alternativa o cuando se necesite equilibrar uncircuito.

Tubería de cobre en rollos

Tubería de cobre rígida

Tubería de cobre capilar

Comercialmente los tubos de cobre capilar se suministran en los siguientesdiámetros y espesores:

TUBERÍA COBRE ROLLOS BLANDO

DnNormalizado

DN ext(mm) esp (mm) DN int (mm)

3/16’’ 4,76 0,71 3,34

1/4’’ 6,35 0,76 4,83

5/16’’ 7,94 0,76 6,42

3/8’’ 9,52 0,81 7,90

1/2’’ 12,70 0,81 11,08

5/8’’ 15,87 0,81 11,08

3/4’’ 19,05 0,89 17,27

7/8’’ 22,22 0,89 20,44

1’’ 25,40 1,02 23,26

TUBERÍA COBRE RIGIDO

DnNormalizado

DN ext(mm) esp (mm) DN int (mm)

5/8’’ 15,87 0,76 14,35

3/4’’ 19,05 0,81 17,43

7/8’’ 22,22 0,81 20,60

1’’ 25,40 0,89 23,62

1 1/8’’ 28,57 0,89 26,79

1 3/8’’ 34,92 1,07 32,78

1 5/8’’ 41,27 1,27 38,73

2 1/8’’ 53,97 1,50 50,97

2 5/8’’ 66,67 1,65 63,37

TUBO CAPILAR DE COBRE

mm mm

0,8 2

1 2

1,25 2,45

1,5 2,452 3

449



La tubería de cobre capilar se emplea en instalaciones de pequeñapotencia, para efectuar la función de válvula de expansión y para elconexionado de presostatos, manómetros… tal y como se explica en elapartado 5.4. ‘’Dispositivos de seguridad y regulación y en el 2.3’’Instrumentos de medición’’.

Tuberías de acero con y sin soldadura

Atendiendo al Reglamento de Seguridad para Plantas e InstalacionesFrigoríficas los tubos de material férrico empleados en la construcciónde elementos del equipo frigorífico o en conexiones y tuberías de pasode refrigerante deberán ser siempre de acero estirado, no estandopermitido el uso de tubo de acero soldado longitudinalmente.

Excepcionalmente, la Dirección General de Industrias Alimentarias yDiversas podrá autorizar el empleo de otros tipos de tubo de acero,siempre que su utilización esté debidamente justificada.

Las tuberías de acero con y sin soldadura se fabrican de acero al carbonoo de aleación, de acuerdo con los distintos procedimientos de producción.

Uniones, manguitos, conexiones y elementos de fijación

Según el tipo de tubería empleada y la función que ésta deba cumplir,las uniones pueden realizarse por soldadura, rosca, brida, compresiónmecánica. Los extremos de las tuberías se prepararán de forma adecuadaal tipo de unión que se debe realizar.

Antes de efectuar una unión, se repasarán y limpiarán los extremos delos tubos para eliminar las rebabas y cualquier otra impureza que puedahaberse depositado en el interior o en la superficie exterior, utilizando

TUBERÍA ACERODn Normalizado DN ext (mm) esp (mm) DN int (mm)

1/8’’ 10,2 2 6,2

3/4’’ 13,5 2,35 8,8

3/8 17,2 2,3 12,6

1/2 21,3 2,6 16,1

3/4 26,9 2,6 21,7

1 33,7 3,2 27,3

1 1/4 42,4 3,2 36

1 1/2 48,3 3,2 41,9

2 60,3 3,6 53,1

2 1/2 76,1 3,6 68,9

3 88,9 4 80,9

4 114,3 4,5 105,3

5 139,7 5 129,7

6 165,3 5 155,3

450



los productos recomendados por el fabricante. La limpieza de lassuperficies de las tuberías de cobre y de materiales plásticos debe realizarsede forma esmerada, ya que de ella depende la estanquidad de la unión.

Las tuberías se instalarán siempre con el menor número posible deuniones; en particular, no se permite el aprovechamiento de recortes detuberías en tramos rectos.

Entre las dos partes de las uniones se interpondrá el material necesariopara la obtención de una estanqueidad perfecta y duradera, a latemperatura y presión de servicio.

Cuando se realice la unión de dos tuberías, directamente o a través deun accesorio, aquellas no deben forzarse para conseguir que los extremoscoincidan en el punto de acoplamiento, sino que deben haberse cortadoy colocado con la debida exactitud.

No deberán realizarse uniones en el interior de los manguitos queatraviesen muros, forjados u otros elementos estructurales.

Los cambios de sección en las tuberías horizontales se efectuarán conmanguitos excéntricos y con los tubos enrasados por la generatriz superiorpara evitar la formación de bolsas de aire.

En las derivaciones horizontales realizadas en tramos horizontales seenrasarán las generatrices superiores del tubo principal y del ramal.

Las conexiones soldables para unir tubería de cobre son fabricadas detal manera que permiten, una vez ensambladas, tener juego de muypocas milésimas, sólo el necesario para realizar el proceso de soldaduracapilar. Todas las conexiones cuentan con un tope o asiento en su interior,que permite introducir el extremo del tubo de cobre, no dejando ningúnespacio muerto que pudiera crear turbulencias en los fluidos.

Todas las conexiones soldables vienen grabadas en los extremos, con lamedida del diámetro nominal de entrada. Las conexiones soldables sefabrican de diferentes materiales: cobre, bronce y latón. La gama deconexiones es muy variada. Las conexiones de cobre son las másrecomendables para unir tuberías de cobre, puesto que son del mismometal y tienen las mismas características. Se fabrican codos de 90º y de45º, tees, sifones, etc.

Las conexiones de bronce son una aleación de cobre, zinc, estaño yplomo. Son piezas fundidas y posteriormente maquinadas, por lo que susuperficie exterior es rugosa. Se fabrican también roscables, además desoldables, en variedades como codos, tees, reducciones, tapones,conectores, tuerca unión, etc.

Las conexiones de latón son aleaciones de cobre y zinc y piezas forjadas.Por lo regular, tienen un extremo soldable y uno roscado, para unir unapieza roscable con un tubo de cobre. Comercialmente, se identifican

451



nombrando primero la unión soldable y luego la roscable. Todos lostipos de conexiones antes mencionados, se pueden obtener fácilmenteen el mercado, y para identificarlas existe una manera comercial,dependiendo del tipo y del diámetro nominal. Normalmente, unaconexión que tiene el mismo diámetro en todos sus extremos, se nombrapor su medida nominal. En el caso de conexiones con rosca, se debeindicar claramente el lado roscable y el tipo de rosca (interior o exterior).Para las conexiones soldables con reducción, se da primero el diámetromayor y luego el menor, como en el caso de codos reducidos. Las teesreducidas, tomando en cuenta que tienen dos lados en línea recta, senombra primero el de mayor diámetro, luego el extremo opuesto yfinalmente el diámetro del centro.

Para fijar las tuberías se emplean abrazaderas aisladas, de forma que nose produzca una pérdida de carga en el sistema. Comercialmente sesuministran abrazaderas para todos los diámetros nominales tanto decobre como de acero empleados en refrigeración.

Soldadura para cobre/cobre

Proceso de Soldadura Capilar

La unión de tubería de cobre y conexiones soldables, se hace por mediode "soldadura capilar". Este tipo de soldadura se basa en el fenómenofísico de la capilaridad, que se define como sigue: cualquier líquido quemoje un cuerpo sólido, tiende a deslizarse por la superficie del mismo,independientemente de la posición en que se encuentre. Al realizar unasoldadura, se calientan el tubo y la conexión hasta alcanzar la temperaturade fusión de la soldadura, la cual correrá por el espacio entre el tubo yla conexión, cualquiera que sea la posición que éstos tengan.

Abrazaderas con aislamiento

452



Tipos de Soldadura

En general, podemos decir que las soldaduras son aleaciones de dos omás metales en diferentes proporciones. Las soldaduras deben fundir atemperaturas menores que las piezas metálicas a unir. Aunque existenmuchos tipos de soldaduras, en este punto analizaremos las que sirvenpara unir tuberías y conexiones de cobre o aleaciones de éste.

La unión de tuberías de cobre se realiza por medio de dos tipos desoldaduras: blandas y fuertes, según sea el caso.

Estas soldaduras son:

• Soldaduras Blandas - Son todas aquellas que tienen su punto defusión abajo de 450ºC. Se utilizan principalmente en instalacioneshidráulicas en los desagües de los evaporadores, ya que no esrecomendable someterlas a alta presión. Existen tres de uso comúny se emplean de acuerdo al fluido. Con refrigerantes del grupoprimero podrán hacerse por soldadura blanda.

• Soldaduras Fuertes - Estas se dividen en dos clases: las que contienenplata y las que contienen cobre y fósforo. Estos tipos de soldadurastienen puntos de fusión mayores de 430ºC, y son las recomendadaspara instalaciones de sistemas de refrigeración, aunque se prefierenlas de cobre y fósforo para unir tuberías y conexiones de cobre. Conrefrigerantes del grupo segundo y tercero deben emplearse siempresoldaduras del tipo fuerte.

El fósforo en este tipo de soldaduras, actúa como un agente fundente,y éstas son de menor costo que las de alto contenido de plata, por lo queen ocasiones, no se requiere aplicar fundente. En las soldaduras de plata,la aleación varía desde un 5% hasta un 60% de plata, y su punto de fusióndepende de esta aleación. Por ejemplo, una soldadura con 5% de platafunde a 675ºC, y con 15% de plata funde a 640ºC. Las soldaduras decobre y fósforo, tienen puntos de fusión mayores (700ºC) y alta resistenciaa la tensión (2,800kg/cm2). Existen soldaduras de cobre fosforado concontenido de 5% de plata, lo que le da mayor resistencia (más de 2,900kg/cm2).

La selección de una soldadura fuerte, depende de cuatro factoresprincipales:

• Dimensiones y tolerancias de la unión.

• Tipo y material de la conexión (fundida o forjada).

• Apariencia deseada.

• Coste.

Las soldaduras fuertes tienen la ventaja de que se pueden unir metalessimilares y diferentes a temperaturas relativamente bajas.

453



Fundente

El fundente tiene una función muy apropiada. Debe disolver o absorberlos óxidos, tanto en la superficie del metal, como en la superficie de lasoldadura, los cuales se forman durante el calentamiento. Para lograresto, debe adherirse tan ligeramente a la superficie metálica, que lasoldadura pueda sacarla de allí conforme avanza sobre la superficie. Elfundente no limpia el metal. Lo mantiene limpio, una vez que se haremovido la suciedad y el óxido. Al aplicar cualquiera de las soldadurasblandas, es indispensable utilizar fundente. El fundente debe seranticorrosivo o exclusivo para soldar tubería de cobre. Debe agitarseantes de usarlo. Debe aplicarse una capa delgada y uniforme con unabrocha o cepillo, tanto al tubo como a la conexión. Debe evitarse aplicarlocon los dedos, ya que los compuestos químicos del fundente, puedenser dañinos si llegan a los ojos o una herida abierta. Los fundentes parasoldaduras fuertes, son diferentes en composición que los de soldadurasblandas. No pueden y no deben intercambiarse. Los fundentes parasoldaduras fuertes son a base de agua. El fundente puede ser una fuentede corrosión en un sistema. Debe evitarse que entre en él.

Existen ciertos tipos de soldaduras, que en su interior contienen resina(alma ácida); sin embargo, estas soldaduras no son recomendadas paraunir tuberías de cobre, pues el poder humectante del fundente quecontienen, no es suficiente, ya que viene en mínimas proporciones,además de contener ácido.

Soplete

Cuando se va a unir una tubería de cobre regida por medio de unaconexión, es necesario aplicar calor. Este calor lo proporciona una llamalo suficientemente intensa, que al aplicarla al tubo, la soldadura se derritaal contacto. El instrumento que proporciona este calor es el soplete, elcual puede ser de diferentes combustibles: gasolina, propano, gas natural,oxi-acetileno, etc. La llama de un soplete tiene dos coloraciones, quecorresponden a diversos grados de calor. La llama amarilla es luminosapero no muy calorífica. Al abrir poco a poco el spray, pasa más mezclagas-aire si hay suficiente presión, desaparece la llama amarilla paraconvertirse en azul, que es más calorífica; y a medida que el spray se abramás, se intensifica el calor. Ya sea que el combustible sea acetileno,propano o gas natural.

Hay tres tipos básicos de llamas que se producen, cuando se mezclancon el oxígeno en el soplete:

• Llama Neutral. Es la que tiene en medio un pequeño cono azul. Estallama típicamente es la más caliente, y se utiliza cuando se requiereaplicar calor en un solo punto específico.

454



• Llama Oxidante. Ésta se produce cuando hay presente más oxígenodel necesario, para la combustión completa del gas. Se caracterizaporque el cono azul es el más corto, cuando se usa acetileno conoxígeno. Otra característica es el sonido áspero que hace el soplete,debido al exceso de oxígeno. Este tipo de llama no se recomiendapara soldar; el exceso de oxígeno, contribuye a la oxidación de losmetales.

• Llama Reductora. También llamada carburante, es la contraria a lallama oxidante. Esta llama tiene una proporción tal de gas-oxígenoque, hay presente un exceso de gas combustible. Se caracteriza portener el cono azul más grande que el de la llama oxidante, con uncono suave y blanco alrededor del azul. Es la llama predominantementerecomendada para soldar. La llama reductora ofrece varias ventajas.Primera, realmente ayuda a eliminar el óxido de la superficie de losmetales. Segunda, calienta de manera más uniforme, ya que "envuelve"al tubo. Esto se logra aplicando la llama de tal manera que la puntadel cono blanco apenas toque el tubo. Tercera, se reduce el riesgode sobrecalentar más en un solo punto, como con las otras llamas.Hay diferencias de temperaturas entre los diferentes tipos de llamas,al igual que en los diferentes gases combustibles, Se recomienda quepara soldar tubos hasta de 1", no se empleé una llama demasiadofuerte, pues el calentamiento de la unión sería demasiado rápido yno se podría controlar fácilmente, con el peligro de una evaporacióninmediata del fundente y oxidación del cobre, lo que impide quecorra la soldadura. En medidas mayores de 1", puede emplearse unallama intensa, pues aquí no existe ese peligro. En diámetros de 3" a4", será conveniente aplicar más calor.

Antes de todo, se debe tener la certeza del uso que va a tener la tubería,para saber el tipo de soldadura y de fundente que se va a emplear. Comoya mencionamos, existen soldaduras blandas a base de estaño y plomoy soldaduras fuertes de cobre y fósforo, y de aleaciones de plata. Lassoldaduras blandas tienen puntos de fusión menores de 430ºC, y lassoldaduras fuertes tienen puntos de fusión mayores de 430ºC. Las primerasse usan en instalaciones hidráulicas y las otras en el sistema de refrigeración.La teoría básica y técnica de soldado, son las mismas para todos losdiámetros. Las variables son: las cantidades requeridas de tiempo, calory soldadura, para completar una unión designada. Una buena unión esel producto de un técnico bien capacitado, que conoce y respeta losmateriales y métodos que utiliza. Los pasos básicos en el proceso desoldadura son los siguientes:

• Medición. La medición del largo del tubo debe ser precisa. Si el tuboes muy corto, no alcanzará a llegar al tope de la conexión, y no sepodrá hacer una unión adecuada.

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• Corte. El corte de un tubo puede hacerse de diferentes maneras,para obtener un corte a escuadra satisfactorio. El tubo puede sercortado con un cortatubo, con disco abrasivo o con sierra cinta.Independientemente del método de corte que se utilice, el cortedebe ser a escuadra, para que se pueda tener un asiento perfectoentre el extremo del tubo y el tope de la conexión, evitando fugasde soldadura. Se debe tener cuidado de no deformar el tubo mientrasse está cortando.

• Rimado. La mayoría de los métodos de corte, dejan rebabas en elextremo del tubo. Si éstas no se remueven, puede ocurrir erosión ycorrosión, debido a la turbulencia y a la velocidad en el tubo. Lasherramientas que se usan para rimar los extremos de los tubos sonvarias. Los cortatubos tienen una cuchilla triangular; se puede usaruna navaja de bolsillo o una herramienta adecuada, como el rimadoren forma de barril, el cual sirve para rimar el tubo por dentro y porfuera. Con tubo de cobre flexible se debe tener cuidado de no ejercerdemasiada presión, para no deformarlo. Un tramo de tubo rimadoapropiadamente tendrá una superficie suave para un mejor flujo.

• Limpieza. La limpieza se hace fácil y rápida. Para que la soldadurafluya adecuadamente es crucial que se remueva el óxido y la suciedad.Si esto no se hace, el óxido y la suciedad de la superficie puedeninterferir con la resistencia de la unión y causar una falla. La limpiezamecánica es una operación simple. El extremo del tubo deberálimpiarse utilizando lija de esmeril, lana de acero o fibra de nylon,en una distancia ligeramente mayor que la profundidad de la conexión.También deberá limpiarse la conexión por dentro, utilizando lija ocepillo de alambre del tamaño apropiado. Deben tenerse las mismasprecauciones que con el tubo. El cobre es un metal suave; si remuevedemasiado material, quedará floja la conexión, interfiriendo con laacción capilar al soldar. El espacio capilar entre el tubo y la conexión,es aproximadamente de 4 milésimas de pulgada (0.004"). La soldadurapuede llenar este espacio por acción capilar. Este espacio es críticopara que la soldadura fluya y forme una unión fuerte. Se puedenutilizar limpiadores químicos, siempre y cuando se enjuaguencompletamente la conexión y el tubo, de acuerdo con lasrecomendaciones del fabricante del limpiador. Esto neutralizarácualquier condición ácida que pueda existir. Las superficies, una vezlimpias, no deberán tocarse con las manos o guantes grasosos. Losaceites de la piel o lubricantes y la grasa, pueden impedir que lasoldadura fluya y humedezca el tubo.

• Rangos de Temperatura. Hasta este punto, los pasos para el procesode soldadura son los mismos para soldaduras blandas y fuertes; laselección de uno u otro tipo, dependerá de las condiciones de

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operación. En la práctica real, la soldadura blanda se aplica atemperaturas entre 175ºC y 290ºC, mientras que la soldadura fuertese hace a temperaturas de entre 590ºC y 850ºC.

• Aplicación del Fundente. Para soldaduras blandas, decíamos que esindispensable el uso de fundente. En las soldaduras fuertes, algunasno requieren el uso de fundente para soldar cobre a cobre; en unionesde cobre a bronce y cobre a latón, sí se requiere fundente, al igualque en soldaduras con aleaciones de plata. Los fundentes parasoldaduras blandas son diferentes en su composición, a los desoldaduras fuertes, y no deben intercambiarse. La función del fundentese explicó en el párrafo correspondiente. Se debe aplicar una capadelgada y uniforme, con un cepillo o brocha, tanto a la parte exteriordel tubo como al interior de la conexión.

• Ensamble. Después de haber limpiado ambas superficies, y aplicadoel fundente en forma adecuada, se deben ensamblar colocando laconexión sobre el tubo, asegurándose que el tubo siente bien contrael tope de la conexión. Se recomienda hacer un ligero movimientogiratorio hacia uno y otro lado, para asegurar la distribución uniformede la pasta fundente. Retirar el exceso de fundente con un trapo oestopa de algodón. Si se van a efectuar varias soldaduras en unamisma instalación, se recomienda preparar todas las de un mismodía de trabajo. Se debe tener cuidado para asegurarse de que lasconexiones y tubos estén adecuadamente soportados, con un espaciocapilar razonable y uniforme alrededor de la circunferencia completade la unión. Esta uniformidad del espacio capilar asegurará unabuena penetración de la soldadura. Un espacio excesivo en la uniónpuede provocar que la soldadura se agriete bajo una fuerte tensióno vibración.

• Calentamiento. En este paso deben observarse las precaucionesnecesarias, debido a que se usan llama abierta y alta temperatura,unidas a la flamabilidad de los gases. El calor, generalmente, se aplicacon un soplete, aunque también se pueden utilizar tenazas eléctricas.Los sopletes para soldaduras blandas comúnmente operan a base deuna mezcla de aire con algún combustible, tal como gasolina, acetilenoo algún gas natural. Los sopletes para soldaduras fuertes utilizan unamezcla de oxígeno y algún combustible, debido a las altas temperaturasrequeridas; el combustible puede ser cualquier gas natural o acetileno.Recientemente, se han hecho innovaciones en las boquillas paraaire/combustible, y ahora se pueden utilizar éstas en una más ampliavariedad de tamaños, tanto para soldaduras blandas como para fuertes.La operación de calentamiento empieza con un "precalentamiento",que se hace con la llama perpendicular al tubo, cerca de la entradade la conexión. Este precalentamiento, conducirá el calor inicial

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hacia el interior de la conexión, para una distribución pareja pordentro y por fuera. El precalentamiento depende del diámetro de launión; la experiencia le indicará el tiempo apropiado. La llama deberámoverse ahora hacia la conexión y luego hacia el tubo, en unadistancia igual a la profundidad del conector. Se toca la unión conla soldadura; si no se funde, se retira y se continúa el proceso decalentamiento. Hay que tener cuidado de no sobrecalentar, ni dedirigir la llama al interior de la conexión. Esto puede quemar elfundente y destruir su efectividad. Cuando se ha alcanzado latemperatura de fusión, se puede aplicar calor a la base de la conexión,para ayudar en la acción capilar.

• Aplicación de la Soldadura: Cuando se ha alcanzado la temperaturaadecuada, si el tubo está en posición horizontal, se comienza a aplicarla soldadura en un punto como en el 4 de un reloj. Se continúa enel 8, y luego en el 12. Se regresa al 6, luego al 10, y finalmente al 2.La soldadura fundida será "jalada" hacia el interior de la conexiónpor la acción capilar, sin importar si ésta es alimentada hacia arriba,hacia abajo o en forma horizontal. En diámetros de tubería grandes,es recomendable golpetear levemente con un martillo en la conexión,mientras se está soldando, para romper la tensión superficial y quela soldadura se distribuya uniformemente en la unión. Hay querecordar que la soldadura se debe fundir con el calor del metal. Nocon la llama del soplete. Es muy importante que la llama esté enmovimiento continuo, y no debe permitirse que permanezcademasiado en un punto como para que queme el tubo o la conexión.Cuando se haya completado el proceso de soldadura, deberá quedarvisible un anillo continuo alrededor de la unión. Si la soldadura fallaen fluir o tiende a «hacerse bolas», indica que hay oxidación sobrelas superficies metálicas, o el calor es insuficiente en las partes a unir.Si la soldadura no entra en la unión y tiende a fluir sobre el exteriorde cualquiera de las partes, indica que esa parte está sobrecalentadao que a la otra parte le hace falta calor.

• Enfriamiento y Limpieza: Después de que se ha terminado la unión,es mejor dejar enfriar de forma natural. Un enfriamiento brusco,puede causar un esfuerzo innecesario en la unión, y eventualmente,una falla. Si la soldadura es blanda, el exceso de fundente debelimpiarse con un trapo de algodón húmedo. Si la soldadura es fuerte,los residuos de fundente se deben remover lavando con agua calientey cepillando, con cepillo de alambre de acero inoxidable.

Si las partes a unir están adecuadamente preparadas, apropiadamentecalentadas y si se usa la soldadura correcta, la unión final debe ser sanay firme. Los sistemas con tubería de cobre, cuando son instalados

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adecuadamente, proporcionarán años de servicio confiable y seguro.Con un entrenamiento adecuado sobre las técnicas de instalacióncorrectas, como las expuestas aquí, el técnico alcanzará la habilidad derealizar uniones confiables y consistentes en todos los diámetros.

Aislantes térmicos

Con el fin de proteger las instalaciones contra la disipación de energía,se emplean materiales aislantes.

Los materiales aislantes son malos conductores del calor, tienen lacaracterística de estar formados por celdillas o células cerradas quecontienen aire seco o en reposo u otros gases con coeficientes deconductividad térmica muy reducida. La efectividad del material aislanteprovoca un ahorro energético en la instalación, ya que aislar de formaadecuada los elementos portadores de energía, ocasiona una reducciónen las pérdidas, evita las condensaciones y facilita el mantenimiento dela temperatura en el interior de la cámara o tubería.

Las cualidades de los materiales empleados como aislamientos térmicosen los sistemas de refrigeración proporcionan, además:

• Seguridad, evitando el riesgo de quemaduras al no permitir el contactocon superficies excesivamente frías o calientes.

• Disminución del ruido.

• Retardo de la propagación de llamas

Los materiales aislantes deben cumplir las siguientes características:

• Presentar baja conductividad térmica.

• Baja higroscopicidad.

• Imputrescible.

• Inodoro, con el fin de no transmitir olores a los alimentos contenidosen las cámaras frigoríficas.

• No servir como alimento a parásitos.

• Neutros químicamente frente a los otros materiales que deban estaren contacto con él.

• Presentar resistencia a la compresión y a la tracción (cargas presentesen la formación de las cámaras).

• Impermeable al agua, de modo que no puedan formarse vapor deagua o congelación de agua en el interior del aislante.

• Presentar un comportamiento plástico, para adaptarse a la obras sinromperse.

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Los aislantes pueden clasificarse según diversos criterios:

Los materiales actuales utilizados como asilamiento, se basan en laformación de un material formado principalmente por aire, encerradoen las celdillas de materiales de baja densidad, intentando aproximarcon bajas densidades al del aire.

CLASIFICACIÓN AISLAMIENTOS

Minerales

Fibra de vidrioLana de rocaVidrio expandido o celularEspuma de vidrio

SintéticosEspumas de PVCEspumas de Poliestireno (expandido o extruído)Espumas de Poliuretano

VegetalesCorchoFibras de madera

ORIGEN

Animal

FieltroLanaSedaCrin animal

Pulverulentos

CorchoDiatomeasKieselguhrPerlitaVermiculitas

FibrososFibra de vidrioLanas mineralesLanas de animales y vegetales

ESTRUCTURA

EspumasHormigones celularesDe origen sintético con células abiertas o cerradasy aglomerantes

Refractarios (más de 800ºC)

TEMPERATURA Semirrefractarios (fibras cerámicas)

Ordinarios (menos de 800ºC)

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Propiedades materiales de los aislantes utilizados en superficies plana:

IdentificaciónFormafísica

EstructuraMáximatemperaturaadmisible (ºC)

Peso específicoaproximado(Kg/m3)

Conductividadtérmica a latemperatura media(Kcal./hm20C)

Ureaformaldehído

Celular 49 12,8 0,022 a 24

Ebonitaexpandida Celular 50 64

0,024 a 00,013 a -129

Pliestirenoexpandido Celular 76-79 16-32 0,024-0,028 a 0

Corchosecado Celular 65 112,1-192,2 0,032-0,034 a 0

PVCexpandido

Rígida

Celular 65 64-112 0,029 a 0

Poliurretano Celular 149 32-40 0,029 a 0

Vidrio celular Celular 427 128,1-160,2 0,043 a -18

Lana de vidrio

Rígida

Fibrosa 402-537 8-112 0,029-0,031 a 38

Lana de roca Fibrosa 593 16-160 0,026 a 0

Lana deescorias Fibrosa 649-815 48-112 0,038 a -5,6

Sílice aerogel

Rellenosuelto

Granular 704 800,018 a -15,50,013 a -101

Perlitaexpandida Granular 871 48 0,031 a 10

PVC Celular 65 64-112 0,029

Poliuretano

Flexible

Celular 140 32-48 0,032 a 10

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∑Propiedades materiales de los aislantes utilizados en tuberías:

Aislantes acústicos

Se emplean aislantes acústicos para atenuar el nivel de ruido emitidopor las unidades, atenuando el paso de ruido entre ambientes distintos.

La función de los materiales aislantes acústicos es reflejar la mayor partede la energía que reciben; deben ser materiales pesados, flexibles ycontinuos para obtener el máximo rendimiento de su peso.

Materiales empleados como aislantes acústicos:

Lana de vidrio.

Lana de roca.

Lana mineral.

IdentificaciónFormafísica

Estructura

Máximatemperaturaadmisible(ºC)

Pesoespecíficoaproximado(Kg/m3)

Conductividadtérmica a latemperaturamedia(Kcal./m2hºC)

Poliestirenoexpandido Celular 76,5-79,5 16-32 0,024-0,028 a 0

Corcho secado Celular 65,5 112-1920,032-0,034 a 00,012-0,018 a -

135,5

Poliuretano Fibrosa 149 32-400,018-0,031 a 00,012-0,018 a -

135,5

Lana de vidrio(impregnada conresina)

Fibrosa 260 112-160 0,032 a 38

Lana mineral(impregnada conresina)

Fibrosa 260 112-160 0,032 a 38

Lana deescorias(impregnadacon resinas)

Fibrosa 815 144-160 0,033 a 38

Poliuretano

Trozo detubosrígidos

Celular 138 32-48 0,032 a 10

Lana de escorias Fibrosa 149 112-144 0,032 a 38

Lana de vidrio Fibrosa 482 128 0,035 a 38

Lana mineral

Flexible

Fibrosa 760 96-144 0,031 a 38

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Poliuretano.

Caucho.

Espumas termoplásticos.

Plomo, recubierto con poliuretano expandido.

En la figura siguiente se muestra el aislamiento de la cabina.

∑

Antivibratorios

A fin de evitar la posible transmisión de vibraciones a las estructurassobre las que se asientan las máquinas, se opta por la instalación deantivibradores. Existen distintos dispositivos empleados comoantivibradores:

• Antivibradores de caucho de superficie plana

• Antivibradores de caucho-metal

• Alfombrillas de goma

Aislamiento acústico cabina

Antivibrador metálico

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• Plancas antivibradoras de caucho neopreno con corcho comprimidointermedio

• Antivibradores metálicos

• Conexiones flexibles

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8. LUBRICANTES

8.1. Introducción

Como se ha visto en temas anteriores, en los sistemas frigoríficos existenelementos (principalmente el compresor) en los que distintas piezasmecánicas están en contacto contínuo, deslizando unas sobre las otras.Sirva a modo de ejemplo la siguiente lista:

• Pistón en el interior del cilindro en los compresores alternativos.

• Ejes en los cojinetes de fricción.

• Paletas del rotor contra la cara interna del cuerpo en los compresoresrotativos de paletas.

• Excéntrica contra la cara interna del cuerpo en los compresoresrotativos de tipo excéntrico.

• Entre los engranajes que forman los ejes rotativos de los compresoresde tornillo.

• Etc.

Para que no se produzcan fugas de refrigerante entre las piezas enmovimiento y las estáticas (con la pérdida de refrigerante, de presión yde rendimiento que ello supondría), los ajustes dimensionales (distanciasentre unas piezas y otras) tienden a reducirse a los mínimos que permitenel movimiento relativo entre los dos elementos.

Esta disminución de las distancias provoca que las piezas esténprácticamente en contacto contínuo y ello supone el desgaste de loselementos y el calentamiento de ambas partes.

Se denomina lubricante al fluido con la capacidad de disminuir elrozamiento entre dos materiales en contacto, facilitando el movimientorelativo de uno respecto al otro, evitando el excesivo aumento detemperatura entre ellos y reduciendo su desgaste.

Los lubricantes, además, tienen la capacidad de actuar como cierrehidráulico o tapón a las fugas del fluido comprimido, dada su mayordensidad relativa y la imposibilidad que presenta aquél para desplazarlode los espacios reservados para el desplazamiento de los elementosmecánicos.

El tipo especial de lubricante utilizado en los sistemas de refrigeración,se llama aceite para refrigeración. Este aceite debe cumplir ciertos

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requerimientos especiales, que le permiten realizar su función lubricante,sin importar los efectos del refrigerante y las amplias variaciones detemperatura y presión.

El estudio de los aceites para refrigeración y su relación con losrefrigerantes, es necesario para el mantenimiento y la prestación deservicio de modo efectivo a equipos de refrigeración y aire acondicionado.

En este apartado se va a presentar una clasificación de los lubricantes y,a continuación, el temario se centrará en los aceites de refrigeración yen las características más importantes que deben reunir para llevar acabo del mejor modo posible su cometido.

8.2. Clasificaciones

Existen diversas maneras de clasificar los refrigerantes. La más usualcuando se habla de sistemas de refrigeración es aquella que se realizaatendiendo al origen o naturaleza del fluido lubricante.

Otra clasificación muy intuitiva se realiza en función del aspecto quepresenta el lubricante en condiciones normales. Así, se tienen lubricantes:

• Sólidos: usados cuando las piezas trabajan a presiones y temperaturasextremas. Dentro de este grupo estarían el grafito, el bisulfuro demolibdeno, talco, mica, parafinas, azufres,…

• Pastosos o grasas: son dispersiones de aceite en jabón utilizadas paralubricar las zonas que los aceites normales no alcanzan por susparticulares características de falta de retención o por la presenciade atmósferas polvorientas.

• Líquidos: son los denominados aceites lubricantes en general (en losque se centra la siguiente clasificación).

8.2.1. Origen

Según su origen, los lubricantes se clasifican en aceites naturales (deorigen animal, vegetal o mineral) y aceites sintéticos.

Animal y Vegetal

Los aceites de origen animal y vegetal no pueden ser refinados pordestilación (proceso térmico a través del cual se separan los componentesde un compuesto debido a las distintas temperaturas de ebullición queposeen cada uno de ellos) ya que se descomponen, por ello sondenominados también aceites fijos.

Entre ellos se encuentran: el aceite de lino, de algodón, de colza, deoliva, de tocino, de pezuña de buey, glicerina, etc. El primero de los

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usados con fines lubricantes fue el de ballena (normativamente fuera deuso) y el de girasol.

Son inestables, tienden a formar ácidos y gomas, y además, se congelanfácilmente; por lo que no son adecuados para refrigeración.

Minerales

Por lo anterior, los aceites lubricantes para refrigeración, se obtienen apartir de los aceites de origen mineral, destilados y refinados.

Los aceites minerales son derivados del petróleo y se pueden clasificaren tres tipos, de acuerdo con el crudo (mezcla de hidrocarburos queforman el petróleo) del que se obtienen:

• Aceites de base Parafínica: son los que se obtienen de un crudo enel que hay predominio de los hidrocarburos alcanos (compuestos dehidrógeno y carbono unidos entre sí por enlaces sencillos H-H, C-H:metano, etano, propano, butano,…).

• Aceites de base Nafténica: en el crudo del que se obtienen existenmayoritariamente hidrocarburos alquenos (compuestos de hidrógenoy carbono caracterizados por la presencia de algún enlace doble entreátomos de carbono C=C: eteno, propeno, 1-buteno y 2-buteno,…).

• Aceites de base Aromática: la mayoría de los hidrocarburos queforman el crudo base son cíclicos (en ellos los compuestos dehidrógeno forman anillos o cadenas cerradas: ciclopropano,ciclobutano, ciclopentano,…).

A pesar de su similar composición, muestran dispares comportamientosy los aceites de base nafténica son los que con más profusión se vienenusando para equipos de refrigeración debido a las siguientes características:

• Fluyen mejor a bajas temperaturas.

• Conservan mejor su viscosidad que los aromáticos.

• Hay menos depósitos de cera a bajas temperaturas, ya que contienenmenos parafina, que los de base parafínica.

• Los depósitos de carbón formados por estos aceites son ligeros, y seeliminan fácilmente.

• Son más estables térmica y químicamente, que los aromáticos.

• Tienen excelente capacidad dieléctrica.

Los aceites parafínicos en la actualidad, no se utilizan en refrigeración.Los aceites nafténicos son sometidos a un proceso de ultra-desparafinado,y en la actualidad, son los más adecuados para refrigeración. Losaromáticos, derivados del dodecil-benceno, tienden a ser menos usados.

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Sintéticos

Los aceites sintéticos se obtienen a partir de reacciones químicas enlaboratorio. Por esta razón, su calidad no depende de la calidad deningún petróleo crudo, y su composición es consistente todo el tiempo,ya que los componentes son siempre iguales.

De lo anterior se desprende que los aceites sintéticos, son lubricantes “ala medida”, ya que estos fluidos pueden ser modificados de acuerdo conlas necesidades de una aplicación particular.

En el caso de los aceites sintéticos para refrigeración, se fabricanenfatizando las propiedades de miscibilidad con los refrigerantes,resistencia a bajas y a altas temperaturas, excelente poder lubricante, y100% libres de cera.

Existen varios tipos de aceites sintéticos, pero los que mejor resultadodan en refrigeración son los de polialquilenglicol (PAG) y los de polioléster (POE):

• Polialquilenglicol (PAG): Se emplea con los HFC, es muy higroscópico,se oxida en exposición con el aire, no se puede mezclar con aceitesminerales y se debe mantener en recipientes herméticos. Se usa casiexclusivamente en automoción.

• Poliol éster (POE): Es miscible con todos los refrigerantes (CFC,HCFC, HFC), es miscible con el aceite mineral si no supera el 1% deéste en la instalación si se emplea HFC. Si se emplea HCFC se puedemezclar mineral y base Ester al 50%-50%. No es tan higroscópicocomo el PAG pero lo es más que los aceites minerales.

En la actualidad, con la desaparición de algunos refrigerantesclorofluorocarbonados (CFC's), y la aparición de sus sustitutos, es necesarioel uso de aceites sintéticos, ya que algunos de estos nuevos refrigerantescomo el R-134a, no son miscibles con los aceites minerales nafténicos niaromáticos. El R-134a inclusive, ha mostrado poca solubilidad con losaceites sintéticos de alquilbenceno; en cambio, ha mostrado buenasolubilidad con los lubricantes de éster, de los cuales hay varios tipos.

Por otra parte, los lubricantes sintéticos de PAG, no son compatibles conlos clorofluorocarbonos (CFC's), como el R-12. Específicamente, el clorocontenido en estos refrigerantes, puede reaccionar con el aceite sintéticoy causarle una degradación.

8.3. Aceites para refrigeración

Los aceites para refrigeración no cumplen función alguna dentro delciclo de refrigeración, pero son necesarios para el adecuadofuncionamiento de las partes móviles.

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Por ello y por ser inevitable su puesta en contacto con el fluido refrigeranteen su paso a través del compresor, es necesario que cumplan una seriede requisitos de modo que no creen problemas en el resto del sistemade refrigeración.

8.3.1. Requerimientos

El fabricante de los equipos debe informar sobre las característicasconcretas del lubricante que se debe usar en las máquinas. Correspondea los técnicos de mantenimiento el cambio del aceite de los compresoresde las instalaciones de producción de frío y deben ser capaces de reconoceraquellas características en los lubricantes existentes en el mercado parausar el fluido más adecuado en cada caso.

Un buen aceite para refrigeración debe reunir las cualidades que acontinuación se listan:

• Mantener su viscosidad a altas temperaturas.

• Mantener buena fluidez a bajas temperaturas.

• Ser miscible con los refrigerantes a las temperaturas de trabajo.

• Tener buena (alta) capacidad dieléctrica.

• No tener materia en suspensión.

• No debe contener ácidos corrosivos o compuestos de azufre.

• No formar depósitos de cera (flóculos) a las bajas temperaturas delsistema.

• No dejar depósitos de carbón al entrar en contacto con superficiescalientes dentro del sistema.

• No contener humedad.

• No formar espuma.

• Ser química y térmicamente estable en presencia de refrigerantes,metales, aislamientos, empaques, oxígeno, humedad y otroscontaminantes.

No existe el lubricante universal válido para todas las aplicaciones. Cuandose habla de “altas temperaturas” debe entenderse referido el término ala más alta temperatura del sistema, lo mismo con “bajas temperaturas”y el resto de requerimientos. Se pretende decir con esto que cadaaplicación tendrá unos lubricantes más adecuados y otros menosrecomendables. El conocimiento de todas las magnitudes del ciclo de

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refrigeración (presiones, temperaturas,…) permitirá al técnico elegir elaceite correcto en función de las propiedades que se presentan en elsiguiente apartado.

8.3.2. Propiedades

Se repasan a continuación las propiedades más importantes y lasmagnitudes que las cuantifican de los aceites usados en sistemas frigoríficos.

Viscosidad, punto de escurrimiento y punto de floculación

Viscosidad es la resistencia a fluir que tienen los líquidos. A mayorviscosidad, mayor será la energía necesaria para hacer deslizar entre sídos superficies lubricadas con el aceite. Es función de la temperatura ala que esté el lubricante, según desciende la temperatura, aumenta laviscosidad.

La viscosidad nos indica cuánto puede fluir un aceite a una temperaturadada. Los aceites se vuelven menos viscosos al aumentar la temperatura,y más viscosos a bajas temperaturas. Esto es muy importante, ya que enel evaporador se tienen las temperaturas más bajas del sistema; y si unaceite es demasiado viscoso, se espesará y no fluirá a través del evaporador,acumulándose dentro de éste, no permitiendo al refrigerante absorbercalor del medio a enfriar y disminuyendo la transferencia de calor delsistema.

Si el aceite es poco viscoso (muy fluido), no permanecerá entre lassuperficies de las partes en movimiento, sino que se escapará y las dejarásin película protectora. Si el aceite es demasiado viscoso, causará unaexcesiva resistencia, pérdida de fuerza y puede no ser capaz de fluir entrelas partes móviles.

La viscosidad de los aceites para refrigeración se ve afectada por sumiscibilidad (capaz de diluirse o mezclarse) con los refrigerantes. Estamiscibilidad del aceite con los refrigerantes, varía desde no ser miscibles,como con el amoníaco, hasta ser completamente miscibles, como en elcaso del R-12.

Hay varias maneras y unidades para expresar la viscosidad de los fluidos,según el método que se utilice para determinarla:

• Viscosidad absoluta (Poises): es la fuerza requerida para mover unasuperficie plana de un centímetro cuadrado en un segundo cuandolas superficies están separadas por una capa de líquido de uncentímetro de espesor.

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• Viscosidad cinemática (centiStokes (cSt)): es el tiempo requeridopara que una cantidad fija de aceite atraviese un tubo capilar bajo lafuerza de gravedad.

• Viscosidad Saybolt (Segundos Saybolt Universales (SUS)): El tiempoen segundos requeridos por 60 ml de fluido por un tubo capilar enun viscosímetro Saybolt Furol a una temperatura específica entre70°F y 210°F.

En la actualidad, la Organización Internacional de Estandarización ISO(International Standardization Organization), ha determinado que laviscosidad de los aceites industriales, se exprese en centiStokes a unatemperatura de 40°C. Sin embargo, algunos fabricantes de aceites aúnutilizan las unidades en SUS.

La importancia de la viscosidad, está en seleccionar un aceite queproporcione lubricación adecuada, bajo las diferentes condiciones detrabajo que supone el ciclo frigorífico. Los fabricantes de aceite, puedensatisfacer diferentes viscosidades para cumplir con cualquier especificación.Cuando se tenga duda de qué viscosidad usar, se deben consultar lasrecomendaciones del fabricante del equipo. Si no se dispone de ellas,se puede utilizar la tabla siguiente como una guía para seleccionar laviscosidad adecuada. Esta tabla sirve para la mayoría de las aplicaciones.Los aceites deben seleccionarse de acuerdo con la temperatura delcompresor, la temperatura del evaporador y el tipo de refrigeranteutilizado.

Además de la viscosidad a 40ºC, dadas las distintas temperaturas a lasque trabaja el refrigerante (y el lubricante que con él realiza el ciclofrigorífico) es necesario saber cómo se comporta la viscosidad del aceitea distintas temperaturas. Los dos términos que se presentan a continuación–punto de escurrimiento y punto de floculación- tratan de cuantificaresta variación.

CONDICIONES DE SERVICIO REFRIGERANTEVISCOSIDAD

(cSt)VISCOSIDAD

(SUS)

Normal Todos 32 150

Halogenados 32 300Tª EN ELCONDENSADOR Alta

Amoníaco 68 300Halogenados 32 150

>= -18ºCAmoníaco 68 300

Halogenados 32 150-18ºC < Tª < -40ºC

Amoníaco 32 150Halogenados 32 150

Tª DELEVAPORADOR

<= -40ºCAmoníaco 32 150

A/C Automoción Halogenados 100 500Compresores Rotativos Todos 100 500

Compresores Centrífugos Todos 100 500

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El punto de escurrimiento es la temperatura más baja a la cual fluirá unaceite. Por definición, el punto de escurrimiento es 3°C mayor que latemperatura a la cual el aceite cesa totalmente de fluir; es decir, el puntode escurrimiento es 3°C, arriba de la temperatura de congelación delaceite.

El punto de escurrimiento depende del contenido de cera y de laviscosidad del aceite.

En todo sistema de refrigeración (sea cual sea el tipo de compresor)siempre existe cierta cantidad de aceite que pasa al evaporador con elrefrigerante. Dicho aceite debe ser capaz de retornar al compresor através de todo el circuito.

Si el punto de escurrimiento del aceite es superior a la temperatura deevaporación, el lubricante se congelará en el evaporador disminuyendola eficiencia del intercambio de calor y pudiendo quedar el compresorsin lubricante, al quedar éste atrapado en el citado elemento. Esteproblema se agrava cuando lubircante y refrigerante no son miscibles(como en el caso de R-22 ó amoniaco).

Para determinar el punto de escurrimiento se utiliza un tubo de vidriode fondo plano, donde se coloca una muestra de aceite, se tapa y se poneun termómetro. Se sumerge el tubo en un baño enfriado, y cada que vezque su temperatura disminuye 3°C, se verifica su fluidez. El punto deescurrimiento es 3°C arriba de la temperatura a la cual el aceite ya nofluye.

Los valores recomendados de punto de escurrimiento de aceites pararefrigeración son:

• Aceites de 32 cSt:

- Minerales: <-35ºC

- Sintéticos: <-55ºC

• Aceites de 68 cSt:

- Minerales: <-30ºC

- Sintéticos: <-35ºC

El punto de floculación es la temperatura a la cual un aceite empieza aformar depósitos de cera (flocular). Un aceite para refrigeración, nodebe flocular al ser expuesto a la temperatura más baja del sistema derefrigeración.

Todos los aceites minerales usados en refrigeración contienen algo decera parafínica, algunos más que otros. La solubilidad de esta cera en elresto de componentes del aceite disminuye con la temperatura. Cuando

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a una mezcla de aceite y refrigerante se le disminuye su temperatura, lasolubilidad de la cera en el aceite disminuye, hasta que a cierta temperatura,el aceite no puede mantener disuelta toda la cera, y parte de la mismase separa y precipita.

La cera floculada sobre las superficies del evaporador supone los mismosinconvenientes que el lubricante congelado y es por ello un efecto aevitar en las instalaciones frigoríficas. En la válvula de expansión o en eltubo capilar, la deposición de cera es más peligrosa pues puede causarla obturación total del paso libre, con lo que se detiene el ciclo derefrigeración y, si los elementos de seguridad del sistema funcionancorrectamente, se para el equipo.

A los aceites para refrigeración que no sufren separación de cera, cuandose mezclan con refrigerante a bajas temperaturas, se les denomina "libresde cera".

En laboratorio el punto de floculación se determina preparando unamezcla de 10% de aceite y 90% de R-12 (% en volumen) que es enfriadaen un recipiente transparente, sumergiendo éste en un baño frío. Albajar la temperatura, la mezcla se enturbia, y comienzan a formarsepequeños grumos de cera que flotan en la mezcla. La temperatura a lacual comienzan a observarse los grumos, se toma como el punto defloculación.

Los aceites para refrigeración deben tener puntos de floculación bajos.Los valores recomendados son:

• -51°C o menor para aceites utilizados con HCFC y HFC.

• En los sistemas que usan amoníaco no se exige esta prueba.

Puntos de inflamación e ignición

Estas características de un aceite se tienen en cuenta en un sistema derefrigeración cuando se trabaja con refrigerantes inflamables como elamoníaco, el bióxido de azufre o el cloruro de metilo.

El punto de inflamación de un aceite es la temperatura más baja a la queel vapor de aceite existente sobre su superficie libre se inflama al serexpuesto a una llama, pero se apaga inmediatamente. Esta temperaturano es lo suficientemente alta para mantener ardiendo al aceite.

El punto de ignición es la temperatura a la cual un aceite arde y continúaquemándose (durante, al menos, 5 segundos) al ser expuesto a una llamaque cesa inmediatamente.

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Cuando un aceite presenta en su composición elementos volátiles lospuntos de ignición y de inflamación son más bajos que cuando nopresenta dichos elementos.

En ocasiones, para poder usar aceites de mala calidad debido a su bajaviscosidad, los fabricantes de lubricantes le añaden otros aceites conmuchos hidrocarburos volátiles de muy alta viscosidad, que le confierenal primer aceite mayor viscosidad a costa de reducir sus puntos deinflamación e ignición.

En algunas instalaciones, el lubricante así obtenido es totalmente válidopara las aplicaciones deseadas. En otras, el uso de estos aceites puedeconducir a situaciones peligrosas y es importante controlar estascaracterísticas.

En sistemas normales no se alcanzan las temperaturas de inflamación oignición y las características descritas sólo se utilizan como parámetro decontrol de calidad de los productos.

La siguiente tabla muestra valores recomendados de inflamación eignición:

VISCOSIDAD PUNTO DE INFLAMACIÓN PUNTO DE IGNICIÓN

32 cSt > 163ºC > 182ºC68 cSt > 171ºC > 193ºC

Rigidez dieléctrica

La medida de la rigidez dieléctrica sirve como medio de cuantificar lapureza de un lubricante o la cantidad de contaminante que lleva disuelto.

La rigidez dieléctrica es la resistencia de un aceite al paso de una corrienteeléctrica. Se expresa como kilovoltios (kV) requeridos para que seproduzca una descarga eléctrica (corriente eléctrica de gran intensidady corta duración) entre dos polos sumergidos en un baño de aceite yseparados entre ellos una distancia igual a la décima parte de una pulgada.El aceite debe estar a una temperatura de 25°C.

Los aceites de refrigeración tienen una rigidez superior a 25 kV. Loscontaminantes que suelen aparecer en un aceite (humedad, metalesdisueltos o suciedad) aumentan la conductividad de la mezcla y disminuyensu rigidez dieléctrica.

Con la aparición de los compresores herméticos y el creciente uso quede ellos se está haciendo, la rigidez dieléctrica es una propiedad que

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toma mayor importancia ya que con elevadas rigideces se evitan loscortocircuitos entre los devanados del motor que suelen desembocar enla quema de éste.

Número de neutralización

El número de neutralización es una medida de la estabilidad de unlubricante y del grado de refinamiento al que ha sido sometido.

Mide la cantidad de ácidos contenidos en el aceite y se obtiene según lacantidad de base que hay que añadirle para neutralizarlo (que la mezclauna acidez nula).

En los aceites aparecen dos tipos de ácidos: los ácidos orgánicos y losácidos minerales.

Los ácidos orgánicos surgen como producto de algunas reaccionesinternas que ocurren en los lubricantes, debido a la gran variedad decomponentes presentes en su composición (recordemos la procedencianatural de los aceites minerales) y la presencia de alguna sustancia alcalina(sustancia capaz de rebajar el grado de acidez de otra sustancia (aguau oxígeno pueden ser sustancias). La presencia de estos ácidos no esproblemática en las instalaciones frigoríficas.

Los ácidos minerales no son producto de reacción interna alguna sinoque se encuentran presentes en el crudo original del que se obtiene elaceite y pueden ser eliminados en el proceso de refino del lubricante.Su presencia muestra que el refino ha sido insuficiente y que el aceiteno es de la calidad deseada.

En los sistemas de refrigeración corroen las partes interiores de loscomponentes y aceleran la degradación del aceite, haciéndole perdersus propiedades lubricantes.

El número de neutralización aumenta cuanto mayor es la presencia deácidos (orgánicos o minerales) en el aceite. Es por ello deseable que éstesea lo más bajo posible, siendo el valor de 0,05 mgKOH/g (miligramosde hidróxido de potasio por gramo de aceite) el valor máximorecomendado.

Carbonización

Todo material procedente del petróleo, el aceite en concreto, puededescomponerse por aplicación de calor. Según aumenta la temperaturase van produciendo vapores que escapan del fluido quedando las fasesmás pesadas en el fluido. Cuando dejan de escapar gases queda unresiduo carbonoso. Este proceso se denomina carbonización.

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La relación del peso del residuo con el peso inicial del fluido se denominavalor de carbón y se suele presentar en porcentaje. El aparato en el quese realiza esta prueba se denomina aparato de carbón de “Conradson”y, por ello, el valor de carbón se cita también como valor de carbónConradson.

El valor de carbón delata el tipo de petróleo del que procede el aceite.El aceite de base parafínica deja un residuo duro y pegajoso, mientrasque el de procedencia nafténica posee un residuo ligero y esponjoso. Elresiduo parafínico es más perjudicial que el nafténico, pero ninguno deellos es deseable y deben elegirse lubricantes que no carbonicen a lastemperaturas con las que se trabaja en la instalación.

Además, a mayor valor de carbón mayor es la tendencia del aceite areaccionar con el refrigerante formando lodos y cobrizado.

Un buen aceite para refrigeración, deberá tener un valor bajo de carbónConradson. El valor recomendado para todas las viscosidades es de 0,03%o menor.

Peso específico

El peso específico de un lubricante no guarda relación alguna con laposibilidad de ser usado en una instalación frigorífica. Para una mismaaplicación pueden servir aceites de pesos específicos muy distintos.

La importancia de esta propiedad estriba en razones de manutencióndel lubricante, relacionar peso y volumen del fluido usado en el compresor.

El peso específico muestra también, como la anterior propiedad, lanaturaleza del crudo origen del lubricante.

El valor normalizado, utilizado para comparar varios aceites, correspondea una temperatura de 15ºC.

Tendencia a la corrosión

Entre los posibles compuestos presentes en un aceite, el azufre es el quemayor corrosión suele causar en los elementos metálicos de lasinstalaciones. El azufre se encuentra en el aceite en forma de diferentescompuestos.

El modo de medir la tendencia a la corrosión de un lubricante es laprueba de corrosión de la lámina de cobre. Para ello:

Una tira de cobre pulida, de aproximadamente 1.5 x 8 cms., essumergida en la muestra de aceite contenido en un tubo de vidrio.Este tubo se tapa y se mete en un líquido caliente o en un horno,durante tres horas a 100°C. Se saca la tira de cobre, se enjuaga consolvente, y se examina la decoloración que ha sufrido, las manchasque han aparecido, los poros que han surgido, o si muestra cualquier

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otra evidencia de corrosión. Si el cobre está ennegrecido, es indicaciónde la presencia de azufre elemental o suelto. Si el cobre estádefinitivamente manchado o café, es indicativo de la presencia deaditivos con contenido de azufre. Si esto sucede, es indicio de quehay azufre en el aceite, como consecuencia de una mala refinación.

Los aceites bien refinados, no causan más que un ligero manchado delcobre en esta prueba, y no deben contener azufre en cantidades quepuedan causar corrosión. El azufre en presencia de humedad, formaácidos, causando lodos y serios problemas mecánicos.

Oxidación acelerada

La prueba consiste en calentar aceite a 205°C durante 2-1/2 horas, enuna atmósfera de oxígeno. Los lodos formados se pesan, siendo elresultado el valor de la oxidación acelerada. El valor recomendado esmenor de 20 para todas las viscosidades.

La prueba mide la capacidad de un aceite para refrigeración a permanecerestable en presencia de oxígeno.

La combinación de aire, humedad y aceite, con las altas temperaturasdel compresor, produce ácidos y lodos. Cuanto mayor es el número deoxidación de un lubricante mayores son las formaciones de loscontaminantes y más rápida la aparición de los problemas debidos a supresencia.

En el interior de las instalaciones frigoríficas no debe haber ni aire nihumedad. En las labores de carga y vaciado de aceite y refrigerante esinevitable que ciertas cantidades de estos elementos se pongan en contactocon el aire atmosférico. Si el aceite posee un bajo índice de oxidaciónacelerada estas puestas en contacto carecerán de importancia.

Humedad

La humedad dentro del sistema de refrigeración contribuye a la formaciónde ácidos, lodos y a congelarse dentro del sistema. Según algunos autores,se le puede considerar incluso como el principal enemigo de los sistemasde refrigeración.

El agua afecta a la lubricación tanto física como químicamente y es másdañina que las partículas sólidas.

El agua entra en el sistema filtrándose a través de los sellos, o bien entradoa través de respiraderos disuelta en el aire y condensándose en espacioslibres, o ser producto de la combustión de algún hidrocarburo.

Dentro del sistema, el agua puede encontrarse de tres formas: libre,emulsionada y disuelta:

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• Cuando el agua esta disuelta en el aceite, las moléculas de agua estáncompletamente mezcladas con las del aceite. En este estado, lapresencia del agua en el aceite resulta muy difícil de detectar. Lamayor parte de los aceites industriales pueden contener hasta 200-600 ppm (0’02-0’06%) de agua, dependiendo de la temperatura y dela edad del aceite, ya que el aceite viejo admite 3 ó 4 veces más queel aceite nuevo.

• Cuando la cantidad de agua disuelta en el aceite supera la cantidadque puede disolver el aceite, éste se satura. En este estado, el aguase separa en forma de pequeñas gotas, lo que es conocido comoemulsión. Cuando se produce este fenómeno, se dice que el aceitetiene aspecto neblinoso.

• Si la cantidad de agua es mayor, el aceite y el agua se separarán endos fases, originándose una capa de agua bajo la de aceite con aguaemulsificada. En la mayor parte de los casos, el agua se depositaránen el fondo de los depósitos.

• El agua libre y la emulsificada son las dos fases más dañinas para elaceite.

El agua afecta a la formación de la capa de lubricación. Debido a laincomprensibilidad del agua puede desplazar al aceite en zonas dondese forma una capa de lubricación muy fina, provocando la pérdida dela capa de lubricación hidrodinámica, dando como resultado un desgasteexcesivo.

El agua, además, corroe la mayor parte de los metales utilizados en lossistemas de lubricación y tiene efectos dañinos también sobre el aceite,facilitando su degradación.

Existen diversos métodos para detectar el agua en el aceite, si bien elmás utilizado es el Karl Fischer. El aspecto neblinoso del aceite es indicativode la presencia del agua. La presencia de cloro y sodio en el aceitetambién es indicativa de la presencia de agua.

Ningún aceite para refrigeración debe contener humedad suficientecomo para afectar al sistema. La cantidad de humedad que contiene unaceite, se expresa en partes por millón (ppm). Un aceite para refrigeracióncuando sale de la fábrica, normalmente tiene como máximo 30 ppm deagua. Esta cantidad puede incrementarse durante el envasado, trasladoy almacenamiento, por lo que se deben tomar todo tipo de precaucionespara no dejar el aceite expuesto al medio ambiente; ya que los aceitesson higroscópicos (que tienen la propiedad de absorber la humedad delaire).

Los aceites sintéticos a base de poliol éster (POE), son aproximadamente10 veces más higroscópicos que los aceites minerales o de alquil benceno

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(AB). Los aceites de poliol éster pueden absorber hasta 2.000 ppm,mientras que los minerales absorben 200 ppm. La principal razón es,que los aceites de POE se hacen mezclando un alcohol y un ácido orgánicode éster, y el producto de esta reacción es un lubricante POE y agua.

Se elimina el agua y queda el lubricante sólo, pero esta reacción esreversible; es decir, si el lubricante POE se expone a la humedad, se llevaa cabo la reacción inversa y se producen alcohol y ácido. Por esta razón,los lubricantes sintéticos de POE se envasan en recipientes metálicos,bajo un sofisticado método que utiliza vacío y nitrógeno. Si se utilizanenvases de plástico, con el paso del tiempo, la humedad atraviesa elplástico y se combina con el lubricante.

Color

El color del aceite para refrigeración se determina por medio de luztransmitida, y se expresa por un valor numérico, basado en unacomparación con una serie de colores estándar.

El color apropiado que debe tener un aceite para refrigeración, fuemateria de discusión durante mucho tiempo. Sin embargo, el consensogeneral se ha inclinado más hacia los aceites de colores más claros, casitanto como el agua.

Si un aceite se refina en exceso, perderá prácticamente su color y sucualidad lubricante. Si no se refina lo suficiente, el aceite tendrá un coloroscuro, debido al alto contenido de hidrocarburos insaturados. Por lotanto, el aceite se debe refinar lo suficiente para eliminar estoshidrocarburos, pero no tanto como para destruir sus cualidades lubricantes.

Trabajos recientes han demostrado que los aceites de colores más claros,poseen mayor estabilidad que los oscuros, al entrar en contacto con elrefrigerante de un sistema en operación.

El aceite para refrigeración de buena calidad, debe tener un valor inferiora 2.0 de color ASTM.

Punto de anilina

El punto de anilina de un aceite viene definido como la temperaturamínima a la que, una mezcla a partes iguales de aceite y anilina, llega asolubilizarse totalmente.

La anilina (C6H5-NH5) es un hidrocarburo aromático cuya estructuramolecular es un anillo de 6 átomos de carbono con enlaces dobles ysimples alternándose. En uno de sus vértices cuenta con un grupo amina(-NH2). Es la amina más simple.

Dada la estructura molecular de la anilina ésta es más soluble en aceitesaromáticos, algo menos en los naftalénicos, y todavía menos en los

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parafínicos. Por eso el punto de anilina nos orienta sobre la composiciónquímica del aceite (en particular sobre el contenido en sustanciasaromáticas).

Cuanto menor sea el contenido en sustancias aromáticas, más alto seráel punto de anilina, y viceversa. Su valor tiene importancia al evaluar elcomportamiento del lubricante frente a los materiales que componenlos sellos o cierres compuestos mayoritariamente por materiales de gomay elastómeros.

Esta característica se determina por medio de un ensayo en el que seproduce una agitación entre el aceite y la anilina, controlando latemperatura y en condiciones normalizadas. Para temperaturas:

• Menores de 65°C: se tienen aceites aromáticos.

• Entre 66 y 80°C: se tiener aceites predominantemente nafténicos.

• Entre 81 y 90°C: Aceites nafténicos - parafínicos.

• Mayores de 90°C: Aceites de base parafínica.

La prueba para determinar este valor consiste en colocar en un tubo deprueba, cantidades específicas del aceite a probar y de anilina. Lassustancias dentro del tubo se calientan gradualmente, agitándolasmecánicamente, hasta que se mezclan formando una sola fase.Posteriormente, se enfría la mezcla de manera gradual, hasta que ocurrela separación en dos fases. La temperatura a la que se separan es el puntode anilina.

Estabilidad térmica

Dentro de un sistema de refrigeración, las reacciones entre el aceite yel refrigerante a altas temperaturas, pueden causar problemas tales como:formación de lodos, ácidos, gomas, lacas, barnices y cobrizado. Estosdepósitos afectan las válvulas de descarga, aceleran el desgaste, tapan losconductos del aceite y en los compresores herméticos, interfieren conla operación del motor.

Una prueba para evaluar la estabilidad del aceite en sistemas que operancon refrigerantes halogenados, consiste en colocar partes iguales deaceite y R-12 en un tubo de vidrio, en presencia de materiales de pruebacomo acero y cobre. El tubo se sella para excluir el oxígeno y la humedadatmosférica. Se coloca el tubo en un horno y se calienta. Las condicionestípicas son 175°C, durante 14 días.

Esta prueba no reproduce las condiciones encontradas en un sistema derefrigeración, pero incrementa en forma drástica las condiciones quepueden causar la descomposición del aceite y el refrigerante, formandolos productos ya mencionados. Esta prueba es capaz de discriminarperfectamente, entre el aceite de alta y el de baja calidad.

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Bajo estas condiciones, el cobre y el acero actúan como catalizadores,acelerando la reacción. El R-12 tiende a reaccionar con el aceite paraformar R-22, además de otros productos. La formación del R-22 es unaguía de la reacción.

Después de 14 días, el contenido del tubo es analizado. Una medidacualitativa de la reactividad es el color del aceite después del calentamiento:si está oscuro, es indicación de una estabilidad pobre.

Una técnica más cuantitativa, es analizar la cantidad de R-12 que se hadescompuesto. La medición del porcentaje de R-22 formado, indica lolejos que llegó la reacción. Mientras más R-22, mayor reacción y menosestable el aceite.

En sistemas que operan con amoníaco, se lleva a cabo una reaccióndiferente: el aceite puede oxidarse y formar ácidos orgánicos, los cualespueden reaccionar con el amoníaco y formar lodos. Uno de los métodosmás simples para probar la estabilidad del aceite en sistemas de amoníaco,es calentarlo en un vaso a 115°C, durante 4 días. La medición cualitativaes el color del aceite: mientras más oscuro, menos estable.

Compatibilidad con otros materiales

El aceite de un sistema debe se compatible con los elementos del mismo,tales como las aleaciones metálicas, sellos del sistema, conductos demateriales sintéticos, etc. En diferentes partes del sistema se tienenelastómeros, expuestos tanto al refrigerante como al aceite. La mezclade refrigerante-aceite, puede causar que estos elastómeros se encojan ose hinchen, debilitándolos; no permitiendo que sellen, o que ocurra unaextrusión de su posición original.

Los elastómeros, aunque se comercializan bajo ciertos nombres específicos,tales como VITON - A, BUNA - N, etc., las composiciones pueden variarsignificativamente de un fabricante a otro; por lo que es recomendablerealizar pruebas comparativas en distintas muestras para asegurar lacompatibilidad con un compuesto concreto.

La prueba consiste en pesar o medir una muestra del elastómero, ydespués sumergirla en una mezcla de aceite-refrigerante por un ciertotiempo y a una cierta temperatura. Se registra el porcentaje que cambiaen peso o en dimensiones.

Los aceites sintéticos y minerales, tienen casi el mismo efecto enelastómeros y plásticos, y en general, son compatibles con la mayoría deestos materiales.

El carácter químicamente activo de algunos aditivos hace que éstos seanagresivos con los metales. Los aditivos que contienen azufre, cloro ofosfatos son agresivos con el cromo, el cobre y el latón.

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En cuanto a la compatibilidad entre lubricantes, se entiende esta propiedadcomo la capacidad de un lubricante para mezclarse con otros, sinreaccionar con ellos y provocar problemas, tales como precipitados opérdida de prestaciones del lubricante. Si el uso de lubricantesincompatibles no se evita, surgirán estos problemas y pueden causarsedaños irreparables en el sistema.

La mayor parte de los casos de incompatibilidad son causados por losaditivos que se suman al lubricante para mejorar sus propiedades másdébiles, aunque algunos son debidos al aceite base.

Durante la fase de desarrollo los fabricantes realizan pruebas decompatibilidad con los productos de otros fabricantes, ya que no resultacomercialmente atractivo un producto que no pueda mezclarse conotros. La incompatibilidad puede surgir al mezclarse productos de distintotipo (para diferentes aplicaciones) o productos del mismo tipo pero dedistinto fabricante.

Como regla general, no deben rellenarse sistemas con más de un 10%de aceite distinto al que tiene (aunque supuestamente sean compatibles),ni mezclar distintos tipos de aceites sintéticos, ya que no todos soncompatibles entre sí, como muestra la siguiente tabla:

8.4. Manipulación

Los requerimientos a los que están sometidos los lubricantes usados enrefrigeración, repasados en el apartado anterior, fuerzan a que tenganque ser mezclados con otras sustancias (aditivos) capaces de conferirleslas propiedades deseadas.

Los aditivos se incorporan a los aceites en muy diversas proporciones,desde partes por millón, hasta el 20 % en peso de algunos aceites. Cadaaditivo tiene una o varias misiones que cumplir, clasificándose al respecto,como unidades o multifunción hales.

Fundamentalmente, los aditivos persiguen los siguientes objetivos:

• Limitar el deterioro del lubricante a causa de fenómenos químicosocasionados por razón de su entorno o actividad.

Tipo de aceite base sintético Compatibilidad con aceite mineral

Alcalibencenos Muy buena

Polialfaolefinos Muy buenaDiesteres BuenaPoliglicoles Mala

Ester de fosfato AceptablePoliesteres Aceptable

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• Proteger a la superficie lubricada de la agresión de ciertoscontaminantes.

• Mejorar las propiedades físico-químicas del lubricante o proporcionarleotras nuevas.

El efecto que un aditivo causa en un tipo determinado de aceite no tienepor qué coincidir con el efecto que ocasionan en otro tipo. Los aditivosdeben ser solubles en el aceite base y compatible (estable) con el restode aditivos del lubricante, si existen.

En mezcla con el aceite, dos o más aditivos son compatibles si no danlugar a reacciones que formen compuestos indeseables o que mermenalguna de sus características. Hay que ser cautos al añadir aditivos en unaceite en uso y ser conocedores no sólo del tipo de aceite del que setrata, sino también, de las sustancias que ya se la hayan añadido.

Los aditivos utilizados en aceites lubricantes pueden clasificarse, segúnlas propiedades sobre las que actúan en los siguientes grupos:

PROPIEDADES SOBRELAS QUE ACTÚAN

ACCIÓN EJEMPLOS

VISCOSIDADMejoradoresdel índice deviscosidad

Poliisobutenos, Copolímeros de alquil metacrilato,Copolímeros de alquil acrilato, Copolímeros de vinil acetato-alquilfumaratos, Poliestireno alquilatado.

PUNTO DECONGELACIÓN

Disminucióndel punto decongelación

Polímeros y copolímeros de alquil metacrilato, Poliacrilamidas,Copolimeros de vinil carboxilato-dialquil fumaratos, Poliestirenoalquilatado, Polímeros y copolímeros de alfa-olefinas.

OXIDACIÓNDisminuciónde la tendenciaa la oxidación

Ditiofosfatos de zinc, Fenoles bloqueados, Aminas, Ditiocarbonatosde zinc, Terpenos sulfurizados, Terpenos fosfosulfurizados.

TENDENCIA A LACORROSIÓN

Inhibidores dela corrosión

Mezclas de mono, ditriorganofosfitos, obtenidos mediantela reacción de alcoholes o hidroxiésteres con tricloruro de fósforo.

CARBORNIZACIÓN

Evitar losdepósitoscarbonosos(la carbonización)

Detergentes

FLOCULACIÓNEvitar laformación delodos

Dispersantes: Copolímeros de alquil metacrilato y vinilpirolidona,Copolímeros de alquil metacrilato y diaquilaminoetil metacnlato,Poliisobutilen suceinimidas poliesteramidas.

FÍSI

CAS-

QU

ÍMIC

ASFÍ

SICA

SQ

UÍM

ICAS



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Otros aditivos se muestran en la siguiente relación:

• Aditivos de untuosidad o acetosidad: son compuestos que, siendosolubles con el aceite, presentan una fuerte polaridad, que permitenen condiciones de lubricación límite, disponer sus moléculas adheridasa la superficie metálica mediante fuerzas de tipo electrostático eincluso químicas, protegiéndolas cuando existen fuertes cargas opresiones.

• Antiespumantes: Cuando un aceite está sometido a una acción debatido o agitación violenta, en presencia de aire, éste queda ocluidoen la masa de aquél en forma de burbujas de distinto tamaño quetienden a subir a la superficie, formando espuma más o menospersistente. Los antiespumantes reducen este efecto.

A parte del conocimiento de los aditivos que suele contener un lubricante,es importante conocer las precauciones a tener en cuenta durante uncambio de aceite para evitar la contaminación del medio ambiente.

El aceite usado en una instalación frigorífica suele contener disueltociertos niveles de refrigerante que, como se verá en temas posteriores,no puede escapar a la atmósfera para evitar diversos tipos de contaminaciónque pueden producir: rotura de la capa de ozono, efecto invernadero,…

Para evitar que el refrigerante escape se recomienda que el cambio deaceite se realice a bajas presiones. De este modo, el aceite no es capazde mantener disuelto el refrigerante y éste se evapora en el interior delsistema. La presión debe ser reducida hasta unos 5 Psi. La reducción depresión puede realizarse bien en el interior del sistema y a continuacióndrenar el aceite por el orificio correspondiente; bien drenar el aceitehacia un recipiente especial y ser en este recipiente donde se reduzcala presión, y se le permita al gas evaporado volver al sistema.

Una vez se ha recogido el aceite usado en un recipiente adecuado, esimportante que sea llevado a un punto de recogida de este tipo de aceitespara favorecer su reutilización, reciclaje, regeneración o biodegradaciónde modo que no dañe el medio ambiente.



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9. REFRIGERANTES

9.1. Introducción

La función de las instalaciones frigoríficas es la de enfriar un ambiente,para ello extraen calor de su interior y lo ceden al exterior. El agenteque realiza dicho trasvase de calor de una zona a otra se denominarefrigerante o fluido frigorífico. Se usan como medio de transporte decalor entre dos puntos.

El calor se puede transportar en forma de calor latente o en forma decalor sensible. En el primer modo, el fluido sufre un cambio de estado(de líquido a vapor) para absorber calor y otro cambio (de vapor alíquido) para cederlo; los refrigerantes que trabajan de este modo sedenominan frigorígenos y son en los que se basará principalmente elpresente apartado.

El calor se transporta de modo sensible cuando el refrigerante únicamentesufre un aumento de temperatura para absorber calor y un descensopara cederlo. Los refrigerantes en este caso se denominan frigoríferos.

En primer lugar se van a ver las propiedades que deben cumplir losfluidos para que se pueda considerar su posibilidad de ser utilizadoscomo refrigerantes y se verá que las características concretas dependensiempre de la aplicación concreta que se requiera.

Se va a describir la nomenclatura más usual para reconocimiento de losrefrigerantes y se va a repasar la historia de los mismos, desde sus orígenesa las perspectivas de futuro.

Se mostrará la variada tipología de refrigerantes existente, las propiedadesde aquéllos de mayor uso en las aplicaciones actuales y la normativavigente que los rige.

Por último se darán indicaciones sobre los modos de operar con losrefrigerantes, desde su almacenamiento hasta su eliminación.

9.9.1. Propiedades

Antes de buscar un refrigerante se deben conocer las necesidades de lainstalación (temperatura interior a alcanzar, potencia frigorífica necesaria,materia a enfriar,…) para determinar el refrigerante a utilizar.



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Así:

• Se decidirá la temperatura de evaporación en función de latemperatura interior a alcanzar, o

• Se decidirá si un refrigerante es más o menos apropiado que otro enfunción de si la materia a enfriar es para uso alimentario y una posiblefuga de refrigerante pueda contaminarla.

Con todo ello, las siguientes son las propiedades que, en general, sedeben exigir a todo fluido frigorígeno:

Características físicas:

Presión de vapor

Es conveniente que sea superior a la presión atmosférica para evitar queen las zonas de baja presión algún poro en la instalación provoque laentrada de aire ambiente en el sistema con los perjuicios que, como severá más adelante, ello conlleva al refrigerante y a la instalación.

Presión de condensación

Cuanto más baja sea, menos exigencias se le solicitarán a las tuberías yelementos auxiliares de la instalación, con el menor coste y las menoresnecesidades de mantenimiento que ello conlleva.

Como consecuencia de los dos puntos anteriores, la relación decompresión también es aconsejable que sea baja, reduciendo así lapotencia del compresor, aumentando su rendimiento (a menor relaciónde presión se producen menores fugas entre las juntas y ajustes de dichoelemento) y reduciendo el consumo de energía de la instalación.

Calor latente de vaporización

A mayor calor latente del fluido menor cantidad de éste será necesariapara absorber una determinada cantidad de calor. Con menos fluido loscalibres de tuberías, conducciones y auxiliares se reducen, y también elcoste de llenado-vaciado de la instalación, y así los costes tanto de lainstalación en sí como los derivados de su explotación disminuyen.

Características químicas:

El fluido circulante por el ciclo frigorífico debe ser estable frente alcontacto que realiza con todas las partes del sistema y frente a los cambiosde estado y temperatura que sufre.

Además, es aconsejable que las condiciones ambientales le afecten lomenos posible, de modo que las operaciones de mantenimiento requieranel menor número de elementos y aparatos posible.



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Comportamiento frente a la humedad

La higroscopicidad mide la capacidad de absorción de agua de cualquiersustancia. Los refrigerantes, como el resto de elementos, absorben ciertacantidad de agua cuando se les expone a la atmósfera, proveniente delvapor de agua presente en el aire.

Cuanto más higroscópico es un fluido mayor absorción de agua presentay, en las operaciones de reparación o de llenado de gas de la instalación,existe el riesgo de que el fluido absorba agua introduciéndose ésta enel ciclo.

Los problemas que presenta el agua en la instalación son los siguientes:

• El exceso de humedad puede congelarse a bajas temperaturas yrestringir o detener el paso de refrigerante, a través de la válvula deexpansión o del tubo capilar, dadas las reducidas secciones que éstoselementos poseen.

• El exceso de agua puede reaccionar con el refrigerante formandoácidos corrosivos, los cuales causarán atascamientos, corrosión,quemaduras del motocompresor, y en general, deterioro del sistemade refrigeración.

De este modo los refrigerantes es conveniente que sean poco higroscópicos.

Comportamiento frente a los lubricantes

Debido a la presencia de elementos mecánicos en continuo movimientoy al peligro de desgaste de las piezas y calentamiento de las partes, lapresencia de lubricantes o aceites es inevitable en el interior de lainstalación y, sobretodo, en el compresor.

Cuando el refrigerante es comprimido en el compresor entra en contactocon el aceite. Si ambas sustancias tienen la propiedad de mezclarse sedice que son miscibles, y esta propiedad resulta adecuada para algunostemas e inadecuada para otros en las instalaciones de refrigeración.

Como ventajas de la miscibilidad se tienen las siguientes:

• La facilidad relativa para retornar el aceite al compresor.

• La lubricación de diferentes partes del sistema.

En cambio, presenta las siguientes desventajas:

• La dilución del aceite en el cárter del compresor, que obliga a sureposición periódica para evitar la falta de lubricación cuando elnivel de aceite desciende.

• La disminución de la transferencia de calor en el evaporador, alcambiar las propiedades físicas del refrigerante.

• Problemas de control.

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A pesar de las desventajas anteriores, la mezcla o presencia conjunta deaceite y refrigerante es químicamente estable en la mayoría de casos. Sia la anterior mezcla se le añade agua, las condiciones cambian radicalmentey pueden llegar a la descomposición del aceite, formación de lodos yácido, corrosión de superficies metálicas y depósitos de cobre.

En dos partes del sistema la miscibilidad de lubricante y fluido frigoríficoes de mayor interés: en el cárter del compresor y en el evaporador.

Solubilidad en el cárter:

En los refrigerantes que son completamente miscibles con el aceite elmayor problema es la dilución del aceite en el cárter del compresorcuando el sistema no está en operación, dado que la presión tiende aigualarse entre el lado de alta y el de baja, y el refrigerante tiende aacumularse en el cárter.

Debido a la miscibilidad, el refrigerante se disuelve en el aceite y cuandoesto sucede, los cojinetes pueden no tener la lubricación suficiente porun breve período al arranque del compresor. Eventualmente, estacondición puede causar desgaste excesivo y falla de los cojinetes. Esteproblema se previene reduciendo la cantidad de refrigerante en el aceite,por medio de dos métodos:

• Calentadores de cárter.

• Mediante el uso de una válvula solenoide conectada al control debaja o al termostato.

Si el refrigerante no es soluble en el aceite o es parcialmente soluble sepueden formar dos capas en el cárter cuando el sistema no está operando.Con los refrigerantes pesados la capa de aceite estará arriba, mientrasque con los ligeros la capa de aceite estará abajo.

Puesto que la capa de aceite no contiene mucho refrigerante, suspropiedades lubricantes no cambian significativamente. Aunque en elfondo esté la capa de refrigerante líquido rodeando los cojinetes,generalmente a éstos les queda suficiente aceite para darles una lubricaciónadecuada durante el arranque, hasta que se obtengan las condicionesnormales de operación.

Las temperaturas a las que se forman dos capas líquidas y a las que seseparan son diferentes para cada refrigerante

Solubilidad en el evaporador:

En el evaporador las temperaturas son mucho más bajas que en el cárter,y la concentración de aceite es relativamente más baja. En estascondiciones, el factor importante es la viscosidad del aceite.

Esto es importante porque un aceite demasiado viscoso es difícil de



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remover del evaporador; mientras que un aceite demasiado ligero esfácilmente arrastrado por el refrigerante, fuera del evaporador.

Cuando el refrigerante se disuelve en el aceite, se reduce la viscosidad.Por lo tanto, cuando la solubilidad del refrigerante en el aceite es alta,el aceite tiende a ser removido más fácilmente del evaporador. El diseñodel evaporador y las dimensiones de la tubería son también factoresimportantes para ayudar al aceite a salir del evaporador.

Estabilidad

Un compuesto se dice estable cuando no reacciona con los elementosque tiene a su alrededor. Los refrigerantes suelen ser estables en lascondiciones normales de funcionamiento en el interior de las instalaciones.

Así, debe ser compatible con metales (tuberías y elementos mecánicos),elastómeros (juntas y accesorios) y plásticos (accesorios).

Los problemas aparecen cuando dichas condiciones cambian, bien porla aparición de elementos extraños en la instalación (humedad, lubricante,impurezas por rozamiento de las piezas,..), bien por que hay alguna fugay es el refrigerante el que contamina el ambiente exterior.

Hay que prever la posible aparición de cualquiera de estas situacionesy escoger los refrigerantes más estables o, en su defecto, que los productosde la reacciones que ocurran causen los menos daños posibles a laspersonas, equipos, materiales refrigerados y medio ambiente.

Características termodinámicas:

Las características termodinámicas de un ciclo frigorífico son las que sedefinen a continuación:

• Producción frigorífica específica: cantidad de calor que absorbe 1 kgde refrigerante en el evaporador.

• Producción frigorífica volumétrica: cantidad de calor que absorbe 1m3 de refrigerante aspirado por el compresor.

• Potencia frigorífica específica: cantidad de calor que teóricamenteabsorbe el refrigerante, por unidad de trabajo del compresor.

Estas características presentan más variación en función de la tipologíade la instalación en la que se realiza la prueba que en función del fluidocomparado y por ello no son parámetros usados en la selección delrefrigerante.

Características de seguridad:

El Reglamento de Seguridad para Plantas e Instalaciones Frigoríficas(aprobado según Real Decreto 3099/1977) en su instrucción técnicacomplementaria MI-IF-002 clasifica los refrigerantes según su grado de

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peligrosidad inherente, en tres grupos de seguridad (Grupo primero:refrigerantes de alta seguridad; Grupo segundo: refrigerantes de mediaseguridad; y Grupo tercero: refrigerantes de baja seguridad). Para ellose basa en los efectos fisiológicos de los fluidos frigoríficos.

A continuación, en la instrucción MI-IF-004, limita el uso de cada unade estas categorías a aplicaciones concretas, con el objeto de limitar losdaños producidos por cualquier malfuncionamiento de las instalaciones.

La clasificación se basa en las siguientes características:

• Toxicidad o peligrosidad: causada por presentar mayor o menorgrado de toxicidad por producir asfixia al desplazar el oxígeno.

• Inflamación o explosión: causada a partir de ciertos límites deconcentración en el aire.

• Fugas: los refrigerantes muestran diferente facilidad para provocarfugas en el sistema frigorífico en operación, característica que dependeademás de los elementos de construcción, del aceite lubricante y delcomportamiento del aceite-refrigerante.

• Detección de fugas: con independencia de las pruebas de estanqueidada que son sometidos los equipos nuevos, es necesario disponer demétodos de detección de fugas. Los detectores dependen del tipo derefrigerante y varían desde la simplicidad del agua jabonosa a losdetectores electrónicos automáticos.

Obviamente, comparando refrigerantes se escogerá el que menos riesgosmuestre de toxicidad, inflamación, fugas y sea más fácilmente detectable.

9.1.2. Nomenclatura

El anteriormente citado Reglamento de Seguridad para Plantas eInstalaciones Frigoríficas, en su artículo 11.2 advierte que:

“Los refrigerantes se denominarán o expresarán por su fórmula o denominaciónquímica, o, si procede, por su denominación simbólica numérica según se establezcaen las instrucciones complementarias que dicte el Ministerio de Industria y Energía.En ningún caso será suficiente el nombre comercial”

Se busca con esta orden, evitar el uso indebido de los fluidos frigoríficosy que las casas comerciales traten de esconder productos ilegales bajosus denominaciones propias.

La nomenclatura utilizada en el Reglamento y sus instruccionescomplementarias se basa en la denominación estandarizada por laASHRAE (“American Society of Heating, Refrigerating and Airconditioning Engineers”). Ésta tiene su origen en la formulación químicade las sustancias que los componen.

490



Para entender mejor el sistema de denominación se mencionará quesurgió para normalizar la diversidad de refrigerantes fluorocarbonadosque iban surgiendo. Los fluorocarbonados son los refrigerantes compuestospor uno o varios átomos de carbono acompañados, según el refrigeranteque se trate, de átomos de cloro, flúor, hidrógeno u otros elementos. Ladenominación daba por sentada la presencia de los átomos de cloro yel resto de numeración delataba cuántos átomos de carbono tenía lamolécula y qué átomos eran los que les acompañaban para rellenar todassus valencias.

Posteriormente, la normalización se ha ampliado para tratar de abarcartodos los refrigerantes existentes (anteriores y posteriores a losfluorocarbonados), introduciendo para ello nuevos números y letras.

A raíz del artículo del Reglamento, la instrucción complementaria MI-IF-002, establece las bases de dichas denominaciones:

• La denominación simbólica numérica de un refrigerante se estableceráa partir de su fórmula química, consistiendo en una expresiónnumérica (precedida por la letra “R” de refrigerante) en la que:

a) La primera cifra de la derecha, en los compuestos que carezcande bromo, indicará el número de átomos de flúor de su molécula.

b) A la izquierda de la anterior se indicará con otra cifra el númerode átomos de hidrógeno de su molécula más uno.

c) A la izquierda de la anterior se indicará con otra cifra el númerode átomos de carbono de su molécula menos uno (si resultaracero no se indicará).

d) El resto de los enlaces se completará con átomos de cloro.

e) Si la molécula contiene átomos de bromo se procederá de lamanera indicada hasta aquí, añadiendo luego a la derecha unaB mayúscula, seguida del número de dichos átomos.

f) En los compuestos isómeros, el más simétrico (en pesos atómicos)se indicará sin letra alguna a continuación de los números. Alaumentar la asimetría, se colocarán las letras a, b, c, etc.

g) Los compuestos no saturados seguirán las letras anteriores,anteponiendo el número 1 como cuarta cifra, contada desde laderecha.

h) Los zeótrepos y azeótropos o mezclas determinadas de refrigerantesse expresarán mediante las denominaciones de sus componentes,intercalando, entre paréntesis, el porcentaje en pesocorrespondiente a cada uno. Los zeótropos también puedendesignarse por un número de la serie 400 completamentearbitrario, y los azeótropos por un número de la serie 500completamente arbitrario.

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i) Los números de identificación de los refrigerantes de loscompuestos inorgánicos se obtienen añadiendo a 700 los pesosmoleculares de los compuestos. Cuando dos o más refrigerantesinorgánicos tienen los mismos pesos moleculares se utilizan lasA, B, C, etc. , para distinguirlos entre ellos.

Expliquemos por puntos las distintas partes del esquema de nomenclatura.

La siguiente figura representa simbólicamente la nomenclatura descritahasta el punto e) de la lista anterior:

Ejemplo: Escribir la denominación simbólica numérica delTriclorofluormetano CCl3F.

La forma de la molécula es la siguiente:

La forma de dibujar las moléculas es ir rellenando las valencias delCarbono (4) con el resto de átomos.

Siguiendo la figura anterior:

• (B), no se pondrá nada porque la molécula no tiene átomos deBromo.

• F, será 1 porque la molécula tiene 1 átomo de Flúor.

• H+1, será igual a 1 porque la molécula tiene 0 átomos de Hidrógeno.

• C-1, no se indicará porque la molécula tiene 1 átomo de Carbono yal restarle 1 el resultado es 0.

• Como se tiene 1 átomo de carbono y unidos a él de momento sóloun átomo de flúor, las 3 valencias libres del Carbono se rellenan con3 átomos de cloro.

La denominación simbólica del Triclorofluormetano CCl3F es:

R-11



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Ejemplo: Llegar a la formulación química del R-115.

Con el mismo esquema:

• No existen átomos de Bromo, ya que no aparece la letra B.

• El número de átomos de Flúor es igual a 5.

• El número de átomos de Hidrógeno es 0.

• El número de átomos de Carbono es igual a 2.

La forma de la molécula será la siguiente:

Y su denominación química es Cloropentafluoretano.

El punto f) se refiere a los compuestos isómeros. Los compuestos isómerosson aquéllos que teniendo la misma fórmula molecular (igual númerode átomos de todos los componentes) son compuestos distintos por ladistribución desigual de estos átomos en la molécula, hecho que lesconfiere propiedades distintas.

El punto f) explica, entonces, que ante dos denominaciones simbólicasnuméricas iguales salvo el número final, se tratará de la misma fórmulamolecular y el que no tenga, o tenga una letra anterior al otro, será mássimétrico en la distribución de sus átomos componentes.

En el punto g) se habla de los compuestos no saturados, siendo éstos loscompuestos en los que la valencia de alguno de los átomos de Carbonotiene alguna de sus valencias libres. Para avisar de este hecho y que nose rellenen todas las valencias con átomos de cloro (como sería el modode proceder en caso de que fuera saturado) se antepone el número 1entre la tercera y cuarta cifra.

Los zeótropos y azeótropos nombrados en el punto h) son mezclas derefrigerantes en distintos porcentajes para conseguir nuevos refrigerantesde características distintas. Su denominación se realiza bien mediantelas denominaciones de sus componentes, intercalando, entre paréntesis,el porcentaje en peso correspondiente a cada uno, o bien puedendesignarse por un número de la serie 400 ó 500, respectivamente,



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completamente arbitrario (según se van descubriendo o fabricandonuevos azeótropos se les van asignando denominaciones).

La diferencia entre las mezclas zeotrópicas y azeotrópicas radica en quelas azeotrópicas se comportan como si se tratara de un componenteúnico cuando se producen una ebullición o una licuación, mientras queen las zeotrópicas no es así. En éstas uno de los componentes es másvolátil y comienza-termina antes de la ebullición, mientras que el otrocomponente lo hace más tarde. Como consecuencia, se tiene que enesos instantes las fases líquido y vapor no tienen la misma composiciónquímica y se comportan como sustancias distintas que son.

Las azeotrópicas se comportan en todo momento como un únicocomponente, presentando la misma composición tanto la parte líquidacomo el gas.

Los compuestos inorgánicos son aquéllos que carecen en su composiciónde átomos de Carbono; fueron los primeros refrigerantes y algunos deellos continúan usándose. Según el punto i), estos refrigerantes sedenominan sumando 700 (serie 700) a su peso molecular. Para ello hayque conocer la fórmula química del compuesto y los pesos molecularesde sus átomos dados en la Tabla de Elementos Químicos. Si varioscompuestos tienen el mismo peso molecular, entre ellos se distinguenposponiendo las letras A, B, C… al anterior número.



Tabla periódica de los Elementos Químicos

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9.2. Historia de los refrigerantes

9.2.1. Orígenes

La práctica de la refrigeración, probablemente ha existido desde la épocade las cavernas. Con frecuencia, en la historia se menciona el uso dehielo y nieve naturales para fines de enfriamiento. Los chinos, y despuéslos romanos, los usaban para enfriar sus bebidas. En algunos lugaresdonde sólo tienen hielo en el invierno, lo almacenaban en fosos parausarlo en el verano. En lugares desérticos donde no disponían de hieloo nieve en ninguna época del año, como en Egipto, se utilizaba laevaporación del agua para el enfriamiento de bebidas, y hasta algunosdispositivos ingeniosos para hacer la estancia más confortable.

El agua fue el primer refrigerante, con una larga historia de uso,continuando hasta nuestra época. Con el paso del tiempo, se han hechomejoras en cuanto a su manejo y almacenamiento, pero aún se utilizael hielo natural por todo el mundo. El uso histórico y fundamental delhielo ha sido reconocido en una unidad de refrigeración: la tonelada derefrigeración, la cual se define como la cantidad de calor que se requierepara fundir dos mil libras (unos 907 Kg) de hielo en 24 horas.

9.2.2. Evolución (descubrimientos y mejoras)

En refrigeración se dio un gran paso adelante, allá por el año 1600,cuando se descubrió que una mezcla de hielo con sal producíatemperaturas más bajas que el hielo sólo. En cierta manera, ésta fue laprimera mejora sobre la naturaleza en el campo de la refrigeración.Hacia finales del siglo XVIII, la inventiva del hombre se había dirigidohacia la producción de frío en el momento y tiempo que se deseara. Sedesarrollaron máquinas para disminuir la presión del vapor del agua yacelerar su evaporación. También recibió considerable atención el artede producir frío por la liberación de aire comprimido.

Durante la primera parte del siglo XIX se desarrollaron máquinas parala compresión de vapor y se probaron muchos fluidos como refrigerantes,entre los que sobresalieron el amoníaco (NH3), bióxido de carbono(CO2), bióxido de azufre (SO2), cloruro de metilo (CH3Cl) y en ciertamedida, algunos hidrocarburos. A finales del siglo, la refrigeraciónmecánica estaba firmemente establecida.

Durante muchos años (desde 1876), al amoníaco se le han encontradoexcelentes propiedades como refrigerante, y desde entonces ha sido elrefrigerante más utilizado comúnmente. Aún en la actualidad hademostrado ser satisfactorio, sobre todo en refrigeración industrial engrandes plantas.



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En las décadas siguientes la atención fue orientada hacia el mejoramientodel diseño mecánico y la operación de los equipos. A principios del sigloXX se desarrollaron las unidades domésticas, y los refrigerantes en usoen ese tiempo, padecían de una o más propiedades riesgosas. Algunoseran tóxicos, otros inflamables, y otros más operaban a muy altas presiones,por lo que, para estos equipos más pequeños, los ingenieros se enfocaronal refrigerante de más baja presión de operación: el bióxido de azufre.

Este refrigerante tiene algunas fallas serias, como la formación de ácidosulfuroso cuando se combina con el agua; es muy corrosivo y ataca laspartes del sistema. Además de esto, cuando se fuga -aún en pequeñísimascantidades- causa tos violenta y ahogamiento. Estas cualidades indeseables,obligaron a los fabricantes a hacer las unidades menos propensas a fugasy a tener precaución de secarlas, logrando reducir los requerimientosde servicio hasta un punto donde las desventajas del refrigerante no erantan grandes. Literalmente, se construyeron millones de esas unidadesque utilizaban bióxido de azufre, las cuales operaban satisfactoriamente.

9.2.3. Presente y Futuro

En 1928, el vicepresidente de una importante compañía de automóviles,C.F. Kettering, decidió que la industria de la refrigeración, si quería llegara alguna parte, necesitaba un nuevo refrigerante seguro y estable, queno fuera tóxico, corrosivo ni inflamable, y que tuviera las característicasnecesarias para poder usarse en equipos compactos. Kettering solicitóa Thomas Midgely que explorara la posibilidad de desarrollar dichoproducto.

Un grupo de químicos se pusieron manos a la obra e iniciaron la búsquedade tal refrigerante. Sabían que las combinaciones de flúor eran muyestables, así que experimentaron con algunos de los compuestos químicoscomunes de carbono, cloro e hidrógeno, sustituyendo átomos de cloroe hidrógeno por átomos de flúor, y en poco tiempo, lograron sintetizarel diclorodifluorometano. Demostraron que no era inflamable y quetenía una toxicidad inusualmente baja.

Los experimentos consistieron en reordenar la molécula de tetraclorurode carbono. Comparando esta molécula con la de metano: se ve que lasdos son similares, excepto que el metano tiene 4 átomos de hidrógenoy el tetracloruro tiene 4 átomos de cloro.

Molécula del CCI4 Molécula del CH4

496



Reemplazando un átomo de cloro por un átomo de flúor se tiene otrocompuesto más estable, llamado tricloromonofluorometano o R-11. Sise reemplazan dos átomos de cloro por dos de flúor, se obtiene eldiclorodifluorometano o R-12.

Este es el origen de los refrigerantes clorofluorocarbonados. En 1929 sele solicitó a una compañía química que ayudara a desarrollar un procesocomercial práctico para la fabricación del nuevo refrigerante. Con estedesarrollo nació la industria de los refrigerantes halogenados, ningunode los cuales existía antes. El primero de ellos fue el Freón 12, quedurante muchos años fue el más popular. De allí siguieron el Freón 11,el Freón 21, el Freón 114, y el Freón 22, cada uno con sus característicasespeciales.

Sin embargo, el desarrollo de los refrigerantes Freón no tuvo unarecepción entusiasta. Las comisiones de seguridad eran prudentes ensus sanciones; los técnicos de servicio estaban inconformes respecto alas fugas, porque no los podían detectar con el olfato; los contratistas losrechazaban porque costaban más que el bióxido de azufre, y algunos delos fabricantes líderes, se negaban a diseñar el equipo de refrigeraciónque se ajustara a las propiedades termodinámicas de estos refrigerantes.

Gradualmente, surgieron diseños que usaban pequeñas cantidades deestos refrigerantes costosos. Se diseñaron compresores, evaporadores,condensadores e intercambiadores; se construyeron unidades paquetecon un mínimo de uniones, y cada unión estaba cuidadosamente diseñaday fabricada para eliminar fugas. Se utilizaron nuevos materiales que nopodían ser utilizados con seguridad con los antiguos refrigerantes, lostécnicos se volvieron expertos en la detección de fugas, y el Freón arribócomo un refrigerante aceptado. El resultado fue que los freones eranvirtualmente la base de todas las unidades pequeñas, y era usado tambiénen trabajos grandes de aire acondicionado.

Con el tiempo, se fueron desarrollando otros compuestos halogenadosy creció la familia de los freones. Además de refrigerantes, se lesencontraron otras aplicaciones, tales como propelentes, solventes,extinguidores de fuego, agentes espumantes y otros. Algunos años más

Molécula del CCI3F (R-11) Molécula del CCI2F2 (R-12)

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tarde, otras compañías comenzaron a fabricar los compuestos halogenadoscon otros nombres comerciales.

Para la década de los setenta, ya había sospechas de que estos compuestosafectaban la capa de ozono de la atmósfera, pero no se podía demostrar,y tal aseveración no era aceptada por los fabricantes. Al principio de losochenta, estudios hechos por científicos de la NASA por medio desatélites, descubrieron un "adelgazamiento" de la capa de ozono en laAntártida, y estudios posteriores, comprobaron que el deterioro delozono estratosférico era debido a la emisión de compuestos halogenados,principalmente los que contienen bromo y cloro.

Después de varios años de negociaciones se llevó a cabo un acuerdointernacional en 1989 en la ciudad de Montreal, Canadá, por lo que sele conoce como el Protocolo de Montreal. Este protocolo es un esfuerzounido de gobiernos, científicos, industrias y grupos ecologistas coordinadospor la UNEP (Programa Ambiental de las Naciones Unidas).

Este acuerdo consistió en regular la producción y uso de losclorofluorocarbonos (CFC) de manera gradual, hasta su totaldesfasamiento antes del año 2000, partiendo de la base de los niveles deproducción mundial que había en 1986.

Mientras tanto, los fabricantes de refrigerantes trabajaban en la búsquedade productos nuevos para sustituir los que iban a desaparecer. Rápidamentedesarrollaron compuestos para sustituir al R-11 y al R-12, que tienenpropiedades termodinámicas muy similares, pero que no afectan la capade ozono. Estos refrigerantes son el R-123 y el R-134a, que en la actualidadya se están produciendo comercialmente, y algunos fabricantes de equipooriginal ya los están incluyendo en sus unidades. Dichos productospueden utilizarse también en equipos usados que actualmente funcionancon R-11 o R-12, haciendo algunas modificaciones al compresor, talescomo utilizar aceite sintético en lugar de aceite mineral y cambiar algunossellos o empaques, por otros de diferente material.

Se desarrollaron también refrigerantes como el R-124 y el R-125, parasustituir al R-114 y algunas aplicaciones del R-502, respectivamente. Otrasalternativas aceptables para reemplazar al R-12 y al R-502 durante elperíodo de transición, hasta el desfasamiento total, son las mezclasternarias. Las mezclas ternarias, son mezclas azeotrópicas de tres diferentesrefrigerantes de entre los siguientes: 22, 124, 125, 134a, 152a y propano.Estas mezclas tienen características muy similares a los clorofluorocarbonos,pero con un impacto ambiental grandemente reducido y que requierenun mínimo de cambios en los equipos, comparados con otros refrigerantesalternos.

La historia se repite de manera similar, como a principios de la décadade los años treinta, cuando se introdujo comercialmente el R-12. La

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introducción de los nuevos refrigerantes va a requerir de informacióny capacitación tanto de técnicos, contratistas y fabricantes de equipooriginal. Su costo actualmente es entre 2.5 y 4 veces más, pero a diferenciade la primera vez, en esta ocasión son la única alternativa, y además,existe la conciencia ecológica, lo que hace que tengan que aceptarseestos nuevos productos.

Para poder utilizarlos en sistemas que actualmente están trabajando, vaa ser necesario rehabilitar el compresor del sistema en lo que se refierea cambiar algunos materiales como sellos o empaques, ya que los queson compatibles con el R-11 y el R-12, no lo son con el R-123 y el R-134a.Además, para estos refrigerantes sustitutos se tienen que utilizar aceitessintéticos a base de polialquilenglicol (PAG), de poliol-éster (POE), ode Alquil Benceno.

9.3. Clasificación y Normativa

Clasificaciones

Las posibilidades de clasificación de los refrigerantes son muy variadas.En la introducción del presente capítulo se ha hecho ya mención a unade ellas, la de refrigerantes frigorígenos y frigoríferos:

• Se denomina refrigerante frigorígeno o primario a aquél que parael trasvase de calor de un punto del ciclo de refrigeración a otro sufreun cambio de estado; el trasvase se hace por medio de calor latente.

• El refrigerante frigorífero o secundario es el que para el trasvase sufreúnicamente un cambio de temperatura; el trasvase se hace por mediode calor sensible.

La Instrucción Complementaria MI-IF-002 del Reglamento de Seguridadpara Plantas e Instalaciones Frigoríficas clasifica los fluidos refrigerantessegún su grado de seguridad (Tabla I). Seguidamente nombra los efectosfisiológicos de cada uno de ellos (Tabla II). A continuación se muestranlas dos tablas clasificatorias.

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TABLA I: CLASIFICACIÓN DE LOS REFRIGERANTESNº deidentificacióndel refrigerante.

Nombre químico Fórmula química

Pesomolecularen gramos

Punto deebulliciónenº C a1,013 bar

Grupo primero:Refrigerantesde alta seguridad

R-11 Triclorofluormetano CCl2F 137,4 23,8R-12 Diclorodifluormetano CCl2F2 120,9 -29,8R-13 Clorotrifluormetano CClF3 104,5 -81,5R-13B1 Bromotrifluormetano CBrF3 148,9 -58R-14 Tetrafluoruro de carbono CF4 88 -128R-21 Diclorofluormetano CHCl2F 102,9 8,92R-22 Clorodifluormetano CHClF2 86,5 -40,8R-113 1,1,2-Triclorotrifluoretano CCl2FCClF2 187,4 47,7R-114 1,2-Diclorotetrafruoretano CClF2CClF2 170,9 3,5R-115 Cloropentafluoretano CClF2CF2 154,5 -38,7R-C318 Octofluorciclobutano C4F8 200 -5,9

R-500R-12 (73,8%)R-152a (26,2%)

CCl2F2CH3CHF2

99,29 -28

R-502R-22 (48,8%)R-115 (51,2%)

CHClF2CClF2CF3

112 -45,6

R-744 Anhídrido carbónico CO2 44 -78,5R-23 Trifluormetano CHF3 70,01 -82,15R-123 2,2-dicloro-1,1,1-trifluoretano CHCl2-CF3 153 27,96R-124 2 Cloro-1,1,1,2-tetrafluoretano CHClF-CF3 136,5 -12,05R-125 Pentafluoretano CHF2-CF3 120,02 -48,41R-134ª 1,1,1,2-Tetrafluoretano CH2F-CF3 102 -26,14R-401ª Clorodifluormetano (R-22) CHClF2 (53%)(53/13/34) 1,1-Difluoretano (R-152a) CH3-CHF2 (13%) 94,44 -33,08

2 Cloro-1,1,1,2-tetrafluoretano(R- 124)

CHClF-CF3(34%)

R-401B Clorodifluormetano (R-22) CHClF2 (61%)(61/11/28) 1,1-Difluoretano (R-152a) CH3-CHF2 (11%) 92,84 -34,67

2 Cloro-1,1,1,2-tetrafluoretano(R- 124)

CHClF-CF3(28%)

R-401C Clorodifluormetano (R-22) CHClF2 (33%)(33/15/52) 1,1-Difluoretano (R-152a) CH3-CHF2 (15%) 101,04 -28,43

2 Cloro-1,1,1,2-tetrafluoretano(R-124)

CHClF-CF3(52%)

R-402ª Pentafluoretano (R-125) CHF2-CF3 (60%)(60/2/38) Propano (R-290) C3H8 (2%) 101,55 -49,19

Clorodifluormetano (R-22) CHClF2 (38%)R-402B Pentafluoretano (R-125) CHF2-CF3 (38%)(38/2/60) Propano (R-290) C3H8 (2%) 94,71 -47,36

Clorodifluormetano (R-22) CHClF2 (60%)R-404ª Pentafluoretano (R-125) CHF2-CF3 (44%)(44/4/52) 1,1,1,2-tetrafluoretano (R-134a) CH2F-CF3 (4%) 97,6 -46,69

1,1,1-Trifluoroetano (R-143a) H3-CF3 (52%)R-407C Difluormetano (R-32) CH2F2 (23%)(23/25/52) Pentafluormetano (R-125) CHF2-CF3 (25%) 86,2 -43,44

1,1,1,2-tetrafluoretano (R-134a) CH2F-CF3 (52%)

500



Grupo segundo:Refrigerantes de media seguridad

R-30 Cloruro de metileno CH2Cl2 84,9 40,1R-40 Cloruro de metilo CH2Cl 50,5 -24R-160 Cloruro de etilo CH3CH2Cl 64,5 12,5R-611 Formiato de metilo HCOOCH2 60 31,2R-717 Amoníaco NH3 17 -33R-764 Anhídrido sulfuroso SO2 64 -10R-1130 1,2-Dicloroetileno CHCl = CHCl 96,9 48,5

Grupo tercero:Refrigerantes de baja seguridad

R-170 Etano CH3CH3 30 -88,6R-290 Propano CH3CH2CH3 44 -42,8R-600 Butano CH3CH2CH2CH3 58,1 0,5R-600a Isobutano CH(CH3)3 58,1 -10,2R-1150 Etileno CH2 = CH2 28 -103,7

TABLA I: CLASIFICACIÓN DE LOS REFRIGERANTES

501



TABLA II: EFECTOS FISIOLÓGICOS DE LOS REFRIGERANTESPorcentajeen volumen deconcentraciónen aire

Nombre químicoFórmulaquímica

* ** ***

Características Advertencias

Triclorofluormetano CCl2F - - 10 a (1)

Diclorodifluormetano CCl2F2 - -20a

30b (1)

Clorotrifluormetano CClF3 - -20a

30b (1)

Bromotrifluormetano CBrF3 - -20a

30b (1)

Tetrafluoruro de carbono CF4 - - - - (1)Diclorofluormetano CHCl2F - 10 5 a (1)Clorodifluormetano CHClF2 - - 20 b (1)

1,1,2-Triclorotrifluoretano CCl2FCClF2 -5 a10

2,5 a (1)

1,2-Diclorotetrafruoretano CClF2CClF2 - -20a

30b (1)

Cloropentafluoretano CClF2CF2 - -20a

30b (1)

Octofluorciclobutano C4F8 - -20a

30b (1)

R-12 (73,8%)R-152a (26,2%)

CCl2F2CH3CHF2

- - 20 b (1)

R-22 (48,8%)R-115 (51,2%)

CHClF2CClF2CF3

- - 20 b (1)

Anhídrido carbónico CO2 85 a6

2 a4

c (1)

Trifluormetano CHF3 >60* >23 5 a,b

Número deidentificación delrefrigerante

Grupo primero: Refrigerantes de alta seguridad

R-11

R-12

R-13

R-13B1

R-14R-21R-22

R-113

R-114

R-115

R-C318

R-500

R-502

R-744

R-23

502



R-123 2,2-dicloro-1,1,1-trifluoretano CHCl2-CF3 2* 0,5 0,1 a,bR-124 2 Cloro-1,1,1,2-tetrafluoretano CHClF-CF3 2,5* 10,4 5 a,bR-125 Pentafluoretano CHF2-CF3 10* 10 5 a,bR-134a 1,1,1,2-Tetrafluoretano CH2F-CF3 7,5* 20 5 a,b

R-401A Clorodifluormetano (R-22)CHClF2(53%)

(53/13/34) 1,1-Difluoretano (R-152a)CH3-CHF2(13%)

5* 10 5 a,b


CHClF-CF3(34%)

R-401B Clorodifluormetano (R-22)CHClF2(61%)


5* 10 5 a,b

2 Cloro-1,1,1,2-tetrafluoretano1(R-24)

CHClF-CF3(28%)

R-401C Clorodifluormetano (R-22)CHClF2(33%)


2,5* 10 5 a,b


CHClF-CF3(52%)

R-402A Pentafluoretano (R-125)CHF2-CF3(60%)

(60/2/38) Propano (R-290) C3H8 (2%) 5* 10 5 a,b

Clorodifluormetano (R-22)CHClF2(38%)

R-402B Pentafluoretano (R-125)CHF2-CF3(38%)

(38/2/60) Propano (R-290) C3H8 (2%) 5* 10 5 a,b

Clorodifluormetano (R-22)CHClF2(60%)

R-404A Pentafluoretano (R-125)CHF2-CF3(44%)

(44/4/52)1,1,1,2-tetrafluoretano CH2F-CF3

(4%)5* 10 5 a,b

1,1,1-Trifluoroetano (R-143a)H3-CF3(52%)

R-407C Difluormetano (R-32)CH2F2(23%)

(23/25/52) Pentafluormetano (R-125)CHF2-CF3(25%)

5* 10 5 a,b

1,1,1,2-tetrafluoretano (R-134a)CH2F-CF3(52%)



* ** ***

Características AdvertenciasNúmero deidentificación delrefrigerante

Grupo primero: Refrigerantes de alta seguridad

(R-134a)

503



Grupo segundo:Refrigerantes de media seguridad

R-30 Cloruro de metileno CH2Cl25 a5,4

2 a2,4

0,2 a (2)

R-40 Cloruro de metilo CH2Cl15 a30

2 a 40,05 a0,1

f (2)

R-160 Cloruro de etilo CH3CH2Cl15 a30

6 a 10 2 a 4 f (2)

R-717 Amoníaco NH30,5a 1

0,2 a0,3

0,01 a0,03

d,e (3)

R-764 Anhídrido sulfuroso SO20,2a 1

0,04 a0,05

0.005 a0,004

d,e (3)

R-1130 1,2-Dicloroetileno CHCl = CHCl -2 a2,5

- f (2)

R-170 Etano CH3CH3 -4,7 a5,5

g (4)

R-290 Propano CH3CH2CH3 6,64,7 a5,5

g (4)

R-600 Butano CH3CH2CH2CH3 - 5 a 5,6 g (4)

R-600a Isobutano CH(CH3)3 -4,7 a5,5

g (4)

R-1150 Etileno CH2 = CH2 - - g (4)



* ** ***

Características AdvertenciasNúmero deidentificación delrefrigerante

Grupo tercero:Refrigerantes de baja seguridad

504



Los significados de cada uno de los símbolos usados en la tabla II sonlos siguientes:

• * Lesión mortal o importante en pocos minutos.

• ** Peligroso de los treinta a los sesenta minutos.

• *** Inocuo de una a dos horas.

• (1) Pueden producirse gases de descomposición tóxicos en presenciade llamas, su olor intenso proporciona un aviso antes de alcanzarsecocentraciones peligrosas.

• (2) Gases de descomposición tóxicos e inflamables.

• (3) Corrosivo.

• (4) Altamente inflamable.

• a) A altas concentraciones produce efectos soporíferos.

• b) A altas concentraciones provoca una disminución de la cantidadde oxígeno, originando sofoco y peligro de asfixia.

• c) No posee olor característico, pero posee un margen muy pequeñoentre los efectos no tóxicos y mortales.

• d) Olor característico, incluso a concentraciones muy bajas.

• e) Irritante, incluso a concentraciones muy bajas.

• f) Muy soporífero.

• g) No produce lesiones mortales o importantes a concentracionespor debajo de los límites inferiores de exposición; de hecho no estóxico.

Otra clasificación interesante es aquélla que se realiza según el origeno las familias de los refrigerantes. La siguiente tabla recoge dichaclasificación para los fluidos más utilizados:

505



No. NOMBRE QUÍMICO FÓRMULA QUÍMICA

Serie Metano

10Tetraclorometano (tetracloruro decarbono) CCl4

11 Tricloromonofluorometano CCl3F

12 Diclorodifluorometano CCl2F2

13 Clorotrifluorometano CClF3

20 Triclorometano (cloroformo) CHCl3

21 Diclorofluorometano CHCl2F

22 Clorodifluorometano CHClF2

23 Trifluorometano CHF3

30Diclorometano (cloruro demetileno) CH2Cl2

40 Clorometano (cloruro de metilo) CH3Cl

50 Metano CH4

Serie Etano

110 Hexacloroetano CCl3CCl3

113 1,1,2-triclorotrifluoroetano CCl2FCClF2

115 Cloropentafluoroetano CClF2CF3

123 2,2-Dicloro - 1,1,1-Trifluoroetano CHCl2CF3

134a 1,1,1,2-Tetrafluoroetano CH2FCF3

141b 1,1-Dicloro-1-fluoroetano CH3CCl2F

150a 1,1-Dicloroetano CH3CHCl2

152a 1,1-Difluoroetano CH3CHF2

160 Cloroetano (cloruro de etilo) CH3CH2Cl

170 Etano CH3CH3

Hidrocarburos

290 Propano CH3CH2CH3

600 Butano CH3CH2CH2CH3

600a 2-Metilpropano (isobutano) CH(CH3)3

Compuestos Inorgánicos

702 Hidrógeno H2

704 Helio He

717 Amoníaco NH3

718 Agua H2O

720 Neón Ne

728 Nitrógeno N2

732 Oxígeno O2

744 Bióxido de Carbono CO2

764 Bióxido de Azufre SO2

506



Normativa

Como se ha visto en apartados anteriores, a nivel estatal existe elReglamento de Seguridad para Plantas e Instalaciones Frigoríficas queregula el uso de los refrigerantes en función de su seguridad. Tambiénse ha visto en el recorrido histórico de la vida de los refrigerantes cómoalguno de ellos son nocivos y peligrosos no sólo para el ser humano sinotambién para el medio ambiente.

A continuación, va a presentarse la normativa existente a nivel comunitarioe internacional que regula el uso de ciertos refrigerantes (la familia delos fluorocarbonados) para preservar el medio ambiente, a raíz deldescubrimiento de la rotura de la capa de ozono por parte de alguno deellos.

La familia de los fluorocarbonados está formada por todos aquellosrefrigerantes que en su composición cuentan con átomos de Flúor yCarbono. A pesar de su similar composición, su acción sobre el medioambiente ofrece una gran diversidad en función del compuesto completodel que se trate. Los fluorocarbonados se dividen a su vez según lasiguiente imagen:

Mezclas Zeotrópicas

400 R-12/114 (60/40)

401A R-22/152a/124 (53/13/34)

401B R-22/152a/124 (61/11/28)

402A R-22/125/290 (38/60/2)

402B R-22/125/290 (60/38/2)

404A R-125/143a/134a (44/52/4)

407A R-32/125/134a (20/40/40)

407B R-32/125/134A (10/70/20)

407C R-32/125/134a (23/25/52)

408A R-125/143a/22 (7/46/47)

409A R-22/124/142b (60/25/15)

410A R-32/125 (50/50)

Mezclas Azeotrópicas

500 R-12/152a (73.8/26.2)

502 R22/115 (48.8/51.2)

503 R-223/13 (40.1/59.9)

507 R-125/143a (50/50)

No. NOMBRE QUÍMICO FÓRMULA QUÍMICA

507



La gravedad del hecho de la destrucción de la capa de ozono provocólas siguientes reuniones, acuerdos y tratados entre mandatarios yespecialistas de todo el mundo:

• 1985: Primeros acuerdos para la eliminación de CFCs: Convenio deViena.

• 1987: Acuerdo para la reducción en la producción: Protocolo deMontreal.

• 1990: Revisión de Londres.

• 1992: Enmienda de Copenhage: Acuerdo de aceleración de lasreducciones.

• 1994: Reglamento (CE) 3093/94 relativo a sustancias agotadoras dela capa de ozono.

• 1995: Revisión de Viena: Adecuación de la producción de HCFCs.

• 1997: Reducción de la producción de HCFCs en la conferencia deMontreal.

• 1997: Cumbre de Kyoto sobre reducción para emisión gases de efectoinvernadero.

• 2000: Reglamento (CE) 2037/2000 Parlamento Europeo.

• 2002: Cumbre mundial sobre desarrollo sostenible: Johannesburgo.

El Reglamento Europeo (CE) 2037/2000 del Parlamento Europeo y delConsejo de 29 de junio de 2000 sobre las sustancias que agotan la capade ozono realiza las siguientes indicaciones (texto resumido):

“Artículo 5:

Control de la utilización de hidroclorofluorocarburos:

Salvo lo dispuesto en las siguientes condiciones, queda prohibido el uso

Familia de los Fluorocarbonados

508



de hidroclorofluorocarburos:

c) como refrigerantes:

i) en aparatos producidos después del 31 de diciembre de 1995 paralos siguientes usos:

- en sistemas no confinados de evaporación directa,

- en refrigeradores y congeladores domésticos,

- en sistemas de aire acondicionado de vehículos de motor,tractores, vehículos todo terreno o remolques que funcionencon cualquier fuente de energía, salvo para usos militares,en cuyo caso la prohibición entrará en vigor el 31 de diciembrede 2008,

- en instalaciones de aire acondicionado de transporte públicopor carretera,

ii) en instalaciones de aire acondicionado de transporte ferroviario,en aparatos fabricados después del 31 de diciembre de 1997,

iii) a partir del 1 de enero de 2000, en aparatos fabricados despuésdel 31 de diciembre de 1999 para los usos siguientes:

- en almacenes o depósitos frigoríficos públicos y dedistribución,

- para aparatos de 150 o más kW de potencia al eje,

iv) a partir del 1 de enero de 2001, en todos los demás aparatos deaire acondicionado y refrigeración producidos después del 31 dediciembre de 2000, con excepción de aparatos fijos de aireacondicionado de una capacidad de enfriamiento inferior a 100kW, en cuyo caso el uso de hidroclorofluorocarburos se prohibiráa partir del 1 de julio de 2002 en aparatos producidos despuésdel 30 de junio de 2002 y de los sistemas reversibles de aireacondicionado/bomba de calor, en cuyo caso el uso dehidroclorofluorocarburos quedará prohibido a partir del 1 deenero de 2004 en todos los aparatos producidos después del 31de diciembre del año 2003,

v) a partir del 1 de enero de 2010, quedará prohibido el uso dehidroclorofluorocarburos puros para el mantenimiento yreparación de los aparatos de refrigeración y aire acondicionadoexistentes en dicha fecha; a partir del 1 de enero de 2015 quedaránprohibidos todos los hidroclorofluorocarburos.

Antes del 31 de diciembre de 2008, la Comisión estudiará la disponibilidadtécnica y económica de alternativas a los hidroclorofluorocarburosreciclados. El estudio tendrá en cuenta la disponibilidad técnica y

509



económica de alternativas viables a los hidroclorofluorocarburos en losaparatos de refrigeración existentes, con vistas a que se evite el abandonoindebido de aparatos. Las alternativas que se estudien deberían tenerun efecto significativamente menos nocivo para el medio ambiente quelos hidroclorofluorocarburos.”

9.4 Manipulación

A continuación se va a presentar una metodología para el llenado derefrigerante de una instalación frigorífica.

Tras haberse realizado la prueba de estanquidad en el circuito, debevaciarse la misma del fluido que ha servido para dicha prueba, limpiarel sistema y crear el vacío en su interior.

Antes de crear el vacío se cebe asegurar que el deshidratador está enbuen estado y que realiza correctamente su función comprobando laausencia de humedad en la instalación.

La creación de vacío consiste en retirar del circuito el aire y la humedadexistentes. Para crear el vacío es necesario disponer: de una bomba devacío (con potencia suficiente para crear la depresión interior quenecesite la instalación), de un manovacuórnetro (manómetro de vacío),de un puente de manómetros (juego de manómetros para Alta y BajaPresión, y de un juego de latiguillos perfectamente estancos.

El vacío se suele generar por el mismo orificio que sirve de carga delcircuito, salvo en instalaciones de gran tamaño en las que se hace necesariodiseñar mayor número de tomas para evitar bolsas de aire en puntosalejados de la bomba de vacío.

De manera general, la depresión a alcanzar en el circuito debe llegar aser inferior a la tensión del vapor de agua que corresponde a la temperaturamás baja del circuito.

510



Cuando se crea el vacío, la instalación se enfría y el agua o vapor de aguapuede llegar a congelarse en alguno de los puntos del sistema y sernecesario instalar sistemas que calienten dichas zonas.

Una vez finalizada la operación de creación de vacío, se cerrarán lasllaves del puente de manómetros antes de cortar la alimentación de labomba de vacío, con el fin de evitar las entradas de aire en el circuito.

Se verificará que la instalación mantiene bien el vacío antes de efectuarla carga de fluido. El manómetro de vacío debe dar siempre idénticaindicación tras la parada de la bomba de vacío.

Con el puente de manómetros instalado, la botella de fluido y los mediosde pesaje del mismo (báscula, estación de carga o cilindro de carga) sepuede iniciar la carga del sistema.

Un cilindro de carga es un dispositivo de almacenamiento y mediciónde refrigerante para controlar la cantidad de fluido que se introduciráen el sistema. Previamente al llenado del circuito debe llenarse el cilindropartiendo de la botella de refrigerante.

La instalación está bajo vacío. Las dos llaves BP y AP del puente demanómetros están cerradas. Con la ayuda de un latiguillo, se conecta elracor central del puente de manómetros con la salida de gas de la botellade refrigerante (o del cilindro de carga).

Se abre la llave de salida de gas de la botella o del cilindro, luego sepurga de aire el latiguillo desenroscándolo ligeramente; después, roscarde nuevo (como ya se explicó antes). Se anotará la masa de fluido inicial.

Se pone en funcionamiento ahora el medio de calentamiento de labotella o del cilindro de carga. El líquido frigorígeno que contiene debevaporizarse antes de introducirlo en el circuito, es necesario aportarlecalor. De otro modo, a medida que se produce la carga en fase gaseosa,la temperatura del líquido contenido en la botella descendería (al mismotiempo que su presión); sólo se intercambiaría calor con el ambiente

Llenado de refrigerante de una instalación

511



para vaporizar el líquido que ella contiene, y la operación de carga seríamuy larga.

La cantidad de calor que hay que aportar a la botella depende de lacantidad de líquido a vaporizar. Existen anillos eléctricos calentadoresdestinados a las botellas de fluido. Los cilindros de carga están igualmenteequipados, en la mayoría de los casos, de una resistencia calefactora.

Después se abre la llave de BP del puente de manómetros a fin de romperel vacío de la instalación. Se hace subir la presión en el circuito hasta 2bares efectivos. Se pone en funcionamiento los elementos auxiliares(ventiladores, bombas), y luego el compresor, tras haber comprobadoque sus llaves de servicio están abiertas.

La llave de BP del puente de manómetros debe dejarse enteramenteabierta hasta que la carga sea correcta.

lnyéctese únicamente la cantidad necesaria diseñada para la instalacióny mostrada por los siguientes criterios:

• Falta de burbujas en el visor de líquido.

• Presión de alta estabilizada: la temperatura de condensación nosobrepasa más que en algunos grados la temperatura del fluido deenfriamiento del condensador.

• Subenfriamiento normal del líquido a la salida del condensador.

• Presión de baja estabilizada: durante la carga de fluido frigorígenola presión de vaporización del fluido aumenta de manera regular,luego se estabiliza; la temperatura de vaporización debe ser inferioren algunos grados a la del fluido exterior enfriado (en general elsalto está comprendido entre 5 y 15°C).

• Recalentamiento normal en el evaporador: durante la carga, elrecalentamiento del vapor a la salida del evaporador es muy elevado;disminuirá y se estabilizará cuando la cantidad de fluido introducidoen el evaporador sea suficiente; el valor medio del recalentamientoes de 2 a 8°C, aproximadamente.

• Nivel correcto de líquido en el recipiente de alta presión (si existe).

9.4.1. Recuperación del refrigerante y del aceite

Debido a las leyes que gobiernan la liberación de refrigerantesclorofluorocarbonados (CFC's) hacia la atmósfera, se han desarrolladoprocedimientos para recuperar, reciclar y volver a utilizar los refrigerantes.

512



La industria ha adoptado definiciones específicas para estos términos:

• Recuperación: Remover el refrigerante de un sistema en cualquiercondición que se encuentre, y almacenarlo en un recipiente externo,sin que sea necesario hacerle pruebas o procesarlo de cualquiermanera.

• Reciclado: Limpiar el refrigerante para volverlo a utilizar, para locual hay que separarle el aceite y pasarlo una o varias veces a travésde dispositivos, tales como filtros deshidratadores de tipo recargablede bloques desecantes, lo cual reduce la humedad, la acidez y lasimpurezas. Este término, generalmente se aplica a procedimientosimplementados en el sitio de trabajo, o en un taller de servicio local.

• Reproceso: Reprocesar el refrigerante hasta las especificaciones deun producto nuevo por medios que pueden incluir la destilación.Esto requerirá análisis químicos del refrigerante, para determinarque se cumplan con las especificaciones apropiadas del producto.Este término, generalmente, se refiere al uso de procesos oprocedimientos, disponibles solamente en instalaciones o plantasque tienen la facilidad de reprocesar o fabricar refrigerantes. Estotambién abarca talleres de servicio que estén equipados con equiposaltamente técnicos.

Muchas compañías han desarrollado el equipo necesario para los técnicosde servicio, a fin de evitar la liberación innecesaria de clorofluorocarbonosa la atmósfera.

Los equipos para recuperación y manejo de refrigerante, pueden dividirseen tres categorías:

• Recuperación: Unidad que recupera o remueve el refrigerante.

• Recuperación / Reciclado (R y R): Unidad que recupera y recicla elrefrigerante.

• Reproceso: Unidad que reprocesa el refrigerante dentro de las normasde la Agencia de Protección Ambiental (EPA).

Equipo para Recuperar Refrigerante

Hay máquinas de recuperación disponibles en diferentes diseños. Lasunidades pequeñas básicas, como la que se muestra en la figura estándiseñadas para usarse con R-12, R-22, R-500 y R-502, y para actuar comoestaciones de recuperación, sin ventilación hacia la atmósfera.

El refrigerante es removido en su condición presente y almacenado enun cilindro desechable o transferible. Esta unidad remueve el aceite delrefrigerante, y puede manejar vapor o líquido en un tiempo muy rápido.

513



Después, el refrigerante puede reciclarse en el centro de servicio, o serenviado a una estación de reproceso para reutilizarlo posteriormente.

Utilizando un dispositivo de recuperación de refrigerante, el técnico escapaz de remover refrigerante de sistemas pequeños de aire acondicionado,comerciales, automotrices y residenciales. Durante el proceso derecuperación, el refrigerante es removido del sistema en forma de vapor,utilizando la fuerza bombeadora de la máquina recuperadora.

La recuperación es similar a la evacuación de un sistema con una bombade vacío. Los procedimientos varían con cada fabricante. Básicamente,la manguera se conecta a un puerto de acceso en el lado de baja, haciala válvula de succión de la unidad recuperadora. Una vez que la manguerade salida está conectada, el dispositivo de recuperación se arranca ycomienza la recuperación. Algunas unidades tienen una señal paraindicar cuando el proceso de recuperación ha terminado. Esto significaque el equipo de recuperación no está procesando más vapor. En algunasocasiones, el dispositivo de recuperación cierra automáticamente elsistema de vacío.

Cuando se ha completado la recuperación, se cierra la válvula del ladode baja. El sistema deberá asentarse por lo menos 5 minutos. Si la presiónse eleva a 10 psi o más,

puede significar que quedaron bolsas de refrigerante líquido frío a travésdel sistema, y puede ser necesario reiniciar el proceso de recuperación.

Puesto que es mucho más rápido recuperar el refrigerante en fase líquidaque en fase vapor, el técnico puede preferir una máquina que remuevael refrigerante líquido. Muchas máquinas son diseñadas para llevar acabo este proceso usando cilindros para refrigerante normales. Algunasunidades de transferencia pequeñas, utilizan cilindros de recuperaciónespeciales, que permiten al técnico remover refrigerante líquido y vapor.

En este caso la unidad de transferencia bombea el vapor de refrigerante

514



de la parte superior del cilindro, y presuriza la unidad de refrigeración.La diferencia de presión entre el cilindro y la unidad transfiere elrefrigerante líquido hacia el cilindro. Una vez que se ha removido ellíquido, el vapor restante es removido al cambiar las conexiones.

Se recomienda cambiar el aceite del compresor de la unidad derecuperación, después de la recuperación de un sistema quemado, oantes de la recuperación de un refrigerante diferente. También serecomienda que el filtro deshidratador se reemplace, y que las manguerasse purguen antes de transferir un refrigerante diferente.

El técnico deberá asegurarse que no se sobrellene el cilindro. Lo normales llenarlo al 80% de su capacidad. Conforme se va llenando el cilindro,deberá observarse la presión. Si la unidad de recuperación cuenta conindicador de líquido y humedad, deberá notarse cualquier cambio queocurra.

Si el técnico utiliza un sistema que sólo recupera el refrigerante, la recargapuede llevarse a cabo de muchas maneras.

Equipo para Reciclar Refrigerante

En el pasado, para hacerle servicio a un sistema, lo típico era descargarel refrigerante a la atmósfera. Ahora, el refrigerante puede ser recuperadoy reciclado mediante el uso de tecnología moderna. Sin embargo, losclorofluorocarbonos viejos o dañados, no pueden ser reutilizadossimplemente por el hecho de removerlos de un sistema y comprimirlos.El vapor, para ser reutilizado, debe estar limpio. Las máquinas derecuperación /reciclado, como la que aparece en la figura, están diseñadaspara recuperar y limpiar el refrigerante en el sitio de trabajo o en el tallerde servicio. El reciclado, como se realiza por la mayoría de las máquinasen el mercado actualmente, reduce los contaminantes a través de laseparación del aceite y la filtración. Esto limpia el refrigerante, pero nonecesariamente a las especificaciones de pureza originales del fabricante.El equipo que se muestra en la figura 9.7, es un sistema capaz de manejarlos refrigerantes R-12, R-22, R-500 y R-502.

Muchas de estas unidades, conocidas como unidades de transferenciasde refrigerante, están diseñadas para evacuar el sistema. Esto proporcionauna máquina recicladora capaz de regresar los refrigerantes recicladosa un mismo sistema. Algunas unidades tienen equipo para separar elaceite y el ácido, y para medir la cantidad de aceite en el vapor. Elrefrigerante usado puede reciclarse mediante la máquina recicladora,utilizando filtros deshidratadores recargables de piedras, y otros dispositivosque reduzcan la humedad, partículas, acidez, etc. La separación de aceitedel refrigerante usado se lleva a cabo circulándolo una o varias veces através de la unidad. La máquina recicladora de un solo paso procesa elrefrigerante a través de un filtro deshidratador o mediante el proceso

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de destilación. Lo pasa sólo una vez por el proceso de reciclado a travésde la máquina, para luego transferirlo al cilindro de almacenamiento.La máquina de pasos múltiples, recircula varias veces el refrigerante através del filtro deshidratador. Después de un período de tiempodeterminado, o un cierto número de ciclos, el refrigerante es transferidohacia el cilindro de almacenamiento.

La unidad que se muestra en la figura, es una unidad portátil.

En la parte del frente, tiene los manómetros de alta y baja presión, asícomo los puertos de acceso, válvulas, interruptores, selectores, lucesindicadoras y el indicador de líquido y humedad. En la parte baja tienenlos filtros deshidratadores.

En algunos equipos se puede recuperar refrigerante por ambos lados,baja y alta, al mismo tiempo. Este procedimiento evita restricciones através de la válvula de expansión o tubo capilar. Si el técnico recuperasolamente por uno de los lados, el resultado puede ser un tiempo excesivode recuperación o una recuperación incompleta.

Por lo tanto, las mangueras se conectan a los lados de alta y baja delsistema de recuperación, y luego a través del lado de alta y baja del sistemade refrigeración. Por ningún motivo deberá removerse líquido del sistemaen forma continua. La unidad está diseñada para recuperar vapor. Larecuperación inicial de refrigerante del lado de alta presión, será deaproximadamente 200 psig.

Al operar la unidad y llevar a cabo la recuperación de vapor, se alcanzaráun punto cuando se haya completado la recuperación, lo cual seráindicado al encenderse una lámpara.

Procedimiento para el Reproceso del Refrigerante

Como se definió anteriormente, reprocesar un refrigerante es llevarloa las especificaciones originales de producción, verificándolo medianteanálisis químicos. Para poder llevar esto a cabo, esta máquina debecumplir con las normas SAE y remover 100% la humedad y partículasde aceite. Muchas máquinas de recuperación / reciclado, no pueden

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garantizar que el refrigerante será restaurado a sus especificacionesoriginales.

Una estación de reciclado para el sitio de trabajo deberá ser capaz deremover el aceite, ácido, humedad, contaminantes sólidos y aire, parapoder limpiar el refrigerante utilizado.

Este tipo de unidades las hay disponibles para usarse con refrigerantesR-12, R-22, R-500 y R-502, y están diseñadas para el uso continuo querequiere un procedimiento prolongado de recuperación / reciclado.

Este tipo de sistema puede describirse mejor como sigue:

• El refrigerante es aceptado en el sistema, ya sea como vapor o líquido.

• El refrigerante hierve violentamente a una temperatura alta, y bajouna presión extremadamente alta.

• El refrigerante entra entonces a una cámara separadora grande única,donde la velocidad es reducida radicalmente. Esto permite que elvapor a alta temperatura suba. Durante esta fase, los contaminantestales como las partículas de cobre, carbón, aceite, ácido y todos losdemás, caen al fondo del separador para ser removidos durante laoperación de "salida del aceite".

• El vapor destilado pasa al condensador enfriado por aire, donde esconvertido a líquido.

• El líquido pasa hacia la cámara de almacenamiento. Dentro de lacámara, un ensamble de evaporador disminuye la temperatura dellíquido, de aproximadamente 38°C, a una temperatura subenfriadade entre 3° y 4°C.

• En este circuito, un filtro deshidratador recargable remueve lahumedad, al mismo tiempo que continúa el proceso de limpieza pararemover los contaminantes microscópicos.

• Enfriar el refrigerante también facilita transferirlo a cualquier cilindroexterno, aunque esté a la temperatura ambiente.

Muchos fabricantes de refrigerante y otros han dispuesto servicios derecuperación / reproceso de refrigerante, que ofrece a los técnicos derecuperación y aire acondicionado una forma de deshacerse delrefrigerante usado y obtener reemplazos puros como los necesiten. Eltécnico de servicio debe usar cilindros retornables aprobados, conetiquetas adecuadas. Los cilindros normales son de una capacidadaproximada de 45 kg de refrigerante usado y aceite, aunque otroscontenedores andarán en el rango de 18 kg hasta 1 tonelada.

La máquina de aire comprimido de desplazamiento positivo remuevetanto líquido como vapor. El refrigerante es reprocesado a lasespecificaciones de pureza designadas.

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En instalaciones comerciales de gran tamaño, al técnico de servicio sele proporcionan cilindros muestra que son regresados a un centro dereproceso. Esto es a fin de obtener análisis de contaminantes derefrigerante, antes de su evacuación.

Una vez aprobado para reprocesarlo, el refrigerante es removido. Lostécnicos llevan entonces el refrigerante al centro de servicio, donde esembarcado a la compañía y procesado de conformidad, para regresarlopara venta futura como refrigerante usado. El reproceso puede utilizarsepara refrigerantes de baja (R-11 y R-113) y de alta presión (R-12, R-22,R-114, R-500 Y R-502).

Las compañías de reproceso también proporcionan soluciones para eldesecho de refrigerantes no deseados. El desecho de refrigerantes sólose puede llevar a cabo por incineración a 650°C.

Normas de Seguridad para la Recuperación / Reciclado / Reproceso delos CFC's

Comúnmente, diferentes organizaciones ofrecen talleres para lograr unmejor entendimiento de los requerimientos sobre la recuperación yreproceso de los CFC's, tal como lo establecen los reglamentos de la EPA.Los mayores tópicos que se abarcan son el manejo, almacenamiento,transporte, procedimientos y equipos de recuperación, reglamentacionespara el almacenamiento y manejo de desechos peligrosos. También, esesencial que el técnico de servicio tenga un completo entendimientosobre la seguridad que involucra el manejo y almacenamiento de losrefrigerantes. También se ofrecen programas de certificación aprobadospor la EPA. Otras áreas que cubren la mayoría de estos cursos decapacitación son los procedimientos para la remoción, pruebas básicasen el campo sobre la pureza de refrigerantes, aislamiento de loscomponentes del sistema para evitar que se escape el refrigerante,detección, aislamiento y reparación de fugas.

Es responsabilidad del técnico seguir los procedimientos de las prácticasde seguridad. Esto incluye el reemplazo de los filtros deshidratadores delíquido y succión. Si el sistema sólo tiene uno, instale otro en el ladoopuesto. Esto ayudará al proceso de purificación del refrigerante.

Precauciones al Utilizar Equipo de Recuperación y Reciclado

El primer punto que debe reconocerse es que los objetivos son:

• Remover el refrigerante en el tiempo más corto posible.

• Usar prácticas de servicio para proteger el sistema de contaminaciónpotencial.

La contaminación potencial es, con mucho, la parte de la operación más

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crítica y la más descuidada. La gran amenaza es el riesgo potencial decontaminar el refrigerante de una unidad a otra.

La contaminación cruzada puede ocurrir cada vez que se hace larecuperación en un sistema, utilizando otro sistema refrigerante yrecargándolo con el mismo gas. Sin embargo, utilizando un poco deprecaución, el problema puede evitarse.

La práctica de instalar filtros en cada sistema que se abra, ayudará a evitaralgo de contaminación. Pero la mejor defensa es reconocer cómo sepuede propagar la contaminación, y cómo detenerla antes que suceda.

En las máquinas de R y R pueden ocurrir dos tipos de contaminacióncruzada.

• La mezcla de refrigerantes, lo cual puede ocurrir cuando un equipode recuperación se usa con dos diferentes refrigerantes, sin unalimpieza o preparación adecuada.

• La introducción de ácidos u otros contaminantes al sistema. Estopuede originarse de un sistema diferente, de la misma máquina deR y R, o de sus tanques que actúan como campos de cultivo.

En ambos casos, el culpable principal en la contaminación cruzada esel aceite para refrigeración; ya sea el utilizado en la máquina de R y R,o el que deja en el tanque el refrigerante recuperado.

El problema y la solución yacen en la afinidad del aceite hacia losrefrigerantes. A temperaturas normales, la única manera de separar elaceite es evaporando el refrigerante, y dejar el aceite y todo lo que puedaestar acarreando. También el refrigerante es un solvente perfecto queacarrea el aceite de un lugar a otro.

En el primer tipo de contaminación, la mezcla de refrigerantes, la maneramás fácil de evitar esto es utilizando máquinas designadas (una para cadarefrigerante).

Desafortunadamente, esto no siempre es posible. Si se va a utilizar lamisma máquina sobre diferentes gases, se debe asegurar de que hayasido cuidadosamente limpiada, antes de usarla con un nuevo gas.

La mejor manera es cambiar el aceite (y filtros) antes de seguir adelantecon otro gas.

Algunos fabricantes dicen que solamente se requiere hacer vacío antesde recuperar un gas diferente. Pero, si se hace esto, se recomienda queel vacío sea profundo y prolongado; ya que un vacío rápido, nonecesariamente remueve todo el refrigerante disuelto en el aceite.

El otro tipo de contaminación cruzada, la introducción de contaminantes,es por mucho la peor de las dos, puesto que los ácidos pueden "crecer"dentro del sistema. La fuente de contaminantes más obvia, es la misma

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máquina de R y R. El lugar donde con más frecuencia puede ocurrir lacontaminación, es en los tanques de recuperación, los cuales almacenanel gas mientras se hace la reparación.

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10. MANTENIMIENTO Y REPARACIÓN DE EQUIPOS

10.1. Introducción

El mejor mantenimiento de una instalación se realiza cuando se conocena fondo todos y cada uno de los elementos que la componen, y la funciónque realizan en ella. De ese modo se prestará mayor atención a loscomponentes esenciales y, en caso de aparecer, las averías siempre seránde menor gravedad.

Es necesario también conocer los parámetros de diseño de la instalacióny el ciclo de frigorífico que atraviesa el refrigerante para proceder a unarápida localización y reparación de las averías.

El apartado desarrollado a continuación trata de cómo reparar los equiposy el modo de evitar estas reparaciones a través de un adecuadomantenimiento de la instalación.

El único modo de comprender los subapartados siguientes es presentarlostras haber visto los fundamentos teóricos del ciclo de refrigeración,conocer los aparatos de medida que permiten concretar el estado de lasmagnitudes físicas de los fluidos en distintos puntos del ciclo y aprendertodos los elementos que componen una instalación frigorífica.

El buen funcionamiento de la instalación responde a una serie de criterioso magnitudes físicas que se mantienen a lo largo del tiempo. Estoscriterios se resumen en la siguiente lista:

• Temperatura alcanzada y mantenida en el recinto refrigerado.

• Temperatura de vaporización dentro del rango de diseño.

• Temperatura de condensación dentro del rango de diseño.

• Presión de descarga dentro del rango de diseño.

• Subenfriamiento normal en el condensador.

• Recalentamiento normal en el evaporador.

• Diferencias de temperatura normales en los intercambiadores.

• Potencia absorbida por el compresor dentro de los rangos de diseño.

• Ningún ruido sospechoso ni vibraciones anormales.

• Color del aceite y nivel normales.

• Ninguna traza de grasa en el exterior del circuito.

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• Los otros criterios de buen funcionamiento son los ajustes correctosde los órganos de seguridad:

- Presostato de alta presión.

- Presostato de baja presión.

- Presostato de aceite (eventual).

- Termostato de desescarche.

- Relé térmico de protección de los motores.

- Temporizador anti-ciclos cortos.

10.2. Diagnóstico de averías en máquinas y equipos

Equipos auxiliares de diagnóstico.

Las reclamaciones que suelen producirse por un mal funcionamientode un sistema de refrigeración se engloban en la relación mostrada acontinuación:

• El compresor no arranca.

• El compresor enfría pero con ciclos de funcionamiento muy largos.

• Funcionamiento en continuo del compresor sin que se enfríe elambiente.

• El compresor realiza ciclos de funcionamiento muy cortos.

• Temperatura demasiado baja en el recinto refrigerado.

• Elevado consumo eléctrico en relación con la potencia cedida alambiente.

• Se escarcha la línea de aspiración.

• La protección contra sobrecorrientes salta con asiduidad.

• Ruidos.

La mayor parte de las averías que se producen en un sistema frigoríficoafectan a la presión en el lado de baja o de alta y, consecuentemente, asu temperatura.

Es por ello muy importante el conocimiento en todo momento de laspresiones a las que está trabajando la instalación y su relación con dichasmagnitudes de diseño. La presencia de manómetros en los lados de altay baja presión del compresor es más que recomendable.

También es necesario poseer en las instalaciones termómetros quepermitan conocer la temperatura del local o materia refrigerada. Todoslos elementos de medida deben ser de confianza y para ello los aparatosdeben ser calibrados periódicamente.

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La medida de las distintas magnitudes y características físicas fundamentalesde un sistema frigorífico revelan la existencia de problemas y apuntana los posibles causantes de los mismos.

En ocasiones, con la experiencia que aporta el trabajo en instalacionesde refrigeración y en el caso de las averías más frecuentes, es suficientecon los sentidos para apreciar la presencia de problemas.

Los principales puntos a controlar son:

• Temperatura del evaporador.

- El evaporador no suele ser accesible, el modo de conoceraproximadamente la temperatura de evaporación es acercandoun termómetro a su superficie. La temperatura así tomada nosuele diferir más de +5ºC con la temperatura interior.

• Presión de aspiración.

- El compresor suele estar dotado de manómetros o tomas depresión para poder tener la presión de aspiración en cualquiermomento. Con dicha presión se puede conocer la temperaturadel evaporador (teniendo en cuenta la pérdida de presión queocurre en el tramo de tubería que une ambos elementos).

• Temperatura de la cámara o espacio refrigerado.

• Presión de alta.

- Al igual que en el caso de la presión de aspiración, la instalaciónsuele estar dotada de manómetros o tomas de presión en las queintroducir el manómetro portátil, y con los que se puede conocerla presión a la salida del compresor.

• Temperaturas de las líneas de aspiración y líquido.

- Con la temperatura de la línea de líquido se controla el estadode dicha sustancia en dicho punto. En condiciones defuncionamiento normal la temperatura de la línea será un pocosuperior a la temperatura del aire o agua de refrigeración. Si latemperatura es muy superior, la línea presenta más gas del debidoy es señal de falta de refrigerante o algún otro defecto defuncionamiento. Si, por el contrario, la temperatura es más baja,es signo de que en su interior el refrigerante está expansionandodebido a la gran pérdida de presión que presenta el tramo (algunaobstrucción o filtros sucios).

- En cuanto a la línea de aspiración, su temperatura debe ser unpoco inferior que la del ambiente refrigerado. A medida queaumenta dicha diferencia de temperaturas significa que hay máscantidad de refrigerante en el circuito o que está entrando

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refrigerante líquido a través de ella (funcionamiento defectuosode la válvula de expansión)

• Ruido de la válvula de expansión.

- Su funcionamiento suele ser silencioso, sintiéndose ligeramenteel fluir del líquido a su través. Si aparece un silbido está provocadopor el paso de refrigerante en estado gaseoso.

• Tiempo de funcionamiento.

- En los sistemas automáticos, ciclos de funcionamiento muy cortoso muy largos son prueba de mal funcionamiento de alguna delas partes de la instalación o algún problema en el ambienterefrigerado (falta de aislamiento, exceso de carga térmica,...), yes por ello interesante el tomar y conocer los tiempos defuncionamiento del compresor y compararlos con los de diseño.Hay que tener en cuenta que depende de gran cantidad de factoresy es inevitable un rango de tiempos de funcionamiento bastanteextenso.

• Ruidos.

- La presencia de ruidos extraños también denota la existencia deaverías. Hay que concretar al máximo el tipo de ruido del que setrata (golpeteo, vibraciones, silbidos,...) y su procedencia paraaveriguar la causa de la avería y proceder a su reparación.

Para desarrollar una buena labor de mantenimiento y conocer el estadode una instalación frigorífica es indispensable tener siempre a mano lasiguiente lista de herramientas:

• Llaves de carraca para acceder a las válvulas de aspiración y expulsióndel compresor.

• Juego de manómetros para alta y baja presión con sus correspondienteslatiguillos de conexión:

- Suelen ser de tipo “Bourdon” y medir presiones relativas. Debentener un tornillo de ajuste que permita antes de su utilización sucalibración aproximada haciendo coincidir la presión atmosféricacon el cero de la escala.

- Los manómetros de alta y baja presión suelen llevarse de maneraconjunta en lo que se conoce como puente de manómetros. Éstostrabajan con presiones relativas y, en algunos casos, presentanescalas que transforman las presiones en temperaturas devaporización/condensación para el caso de los refrigerantes máshabituales. De ese modo se están leyendo las temperaturas delevaporador y del condensador. Si el manómetro no está dotadode las citadas escalas se deberán comprobar dichas temperaturasen las tablas del refrigerante con el que trabaje la instalación.

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• Vacuómetro:

- En caso de necesidad de vaciar la instalación de refrigerante, senecesita uno o varios vacuómetros para controlar que realmentese produce dicho vacío y que existe estanqueidad en la instalación.Los vacuómetros siempre miden presiones absolutas.

• Higrómetro:

- Se utiliza para medir la humedad relativa en el interior de recintosrefrigerados y conductos de aire. Se usan los de tipo cabello y lospsicrómetros.

• Termómetro electrónico con sonda de contacto y sonda de temperaturaambiente:

- Deben conocerse las temperaturas del exterior y del ambienterefrigerado para verificar el buen funcionamiento de la instalaciónen virtud de su diferencia. Con la sonda de contacto puedentocarse partes de la instalación y tener una aproximación de latemperatura del fluido que recorre su interior. Con el termómetrose pueden evaluar las temperaturas de los fluidos utilizados comorefrigerantes de la instalación (aire o agua). También se empleapara el ajuste de las válvulas de expansión, en este caso lostermómetros suelen ser de esfera de aguja con bulbo y tubo capilarcon carga de vapor.

Ejemplo: Con una sonda de contacto puede conocerse la temperaturaen un punto intermedio del condensador. Con el juego de manómetrospuede obtenerse la presión de condensación y, en consecuencia, latemperatura de condensación. En el caso de que exista una diferenciaimportante entre ambas temperaturas es muy probable que elrefrigerante esté contaminado con sustancias incondensables y debaprocederse a su reposición.

• Voltímetro:

- En condiciones de funcionamiento normales en la instalación,permite revisar el correcto estado de todos los elementos yconexiones eléctricos mediante medidas de tensión e intensidada través de ellos. Si un compresor no se pone en marcha y elcausante es alguno de los elementos del circuito de control, conel uso del voltímetro se puede conocer cuál es ese elemento.

• Medidor de tenazas:

- Con el medidor de tenazas o de pinzas se mide la intensidadabsorbida por el compresor en cada una de las fases dealimentación. En caso de diferencias significativas entre ellasdeberá revisarse el compresor y el circuito de alimentación para

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evaluar y subsanar la causa del desequilibrio de carga, antes deque de ella se derive una avería grave de la instalación. En casode que la medida sea similar en las tres fases, podrá obtenerse lapotencia absorbida por la instalación y compararla con los valoresde diseño.

• Kit de medida de acidez:

- Con el kit de medida se analizan muestras de aceite. En unainstalación frigorífica el lubricante es su mayor fuente de ácidos.Los ácidos surgen: en un lubricante poco refinado debido a lasextremas condiciones a los que están expuestos; o porcontaminantes que han penetrado en el sistema (humedad). Laacidez ataca seriamente los elementos metálicos y aquellosrealizados a base de goma o elastómeros. Medidas periódicas dela acidez del aceite impiden el crecimiento de los ácidos y muestranla necesidad de realizar los cambios de aceite.

• Anemómetro (en el caso de instalaciones que trabajen con aire):

- Con el anemómetro se conoce la velocidad de salida o de entradade aire para refrigeración del condensador o de distribución haciael recinto refrigerado. Con esta medida y conociendo la superficieútil de la entrada o salida de aire se tiene el caudal de airecirculante en la instalación. Comparándose este valor con el valornominal del equipo se observa la necesidad de limpieza de losfiltros y baterías de intercambio, o la existencia de problemas enlos equipos de ventilación.

10.3. Herramientas y utillaje

En el apartado anterior se han presentado los útiles que permiten realizarel reconocimiento y mantenimiento de una instalación. En caso de queen dicho reconocimiento se descubra alguna avería o defecto que puedadesembocar en avería, será necesario realizar la reparación oportuna.

Para ello, y para el montaje de las instalaciones, deberán emplearsealgunas herramientas más que las presentadas hasta ahora, y que todoinstalador-mantenedor debe poseer para poder realizar correctamentesus funciones:

• Herramientas para soldar.

• Herramientas para trabajo con tuberías.

• Herramientas para crear vacío.

• Herramientas de carga de refrigerante.

• Herramientas de vaciado de las instalaciones.

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Herramientas para soldar:

• Equipo de soldadura eléctrica: se compone de un generador eléctricocon dos terminales conectados al generador por cables eléctricos.Uno de los terminales se conecta a las piezas a unir y el otro se conectaa un electrodo. Cuando se pone en contacto el electrodo y el materialse cierra el circuito eléctrico y una gran corriente atraviesa el electrodoaumentando su temperatura lo suficiente como para que se funda.El electrodo debe entonces separarse del material formando un arcoeléctrico entre electrodo y material que permite que se mantenga lacorriente eléctrica y, por tanto, la temperatura elevada, permitiendodepositar el material fundido sobre las piezas a unir.

• Varillas de aportación: se trata de las varillas metálicas que formanel electrodo, compuestas por el material fundente que unirá las piezasmetálicas. En el caso de tuberías de cobre se utilizan varillas de plata.

• Equipo de soldadura oxiacetilénica: es un tipo de soldadura autógena(en presencia de gas). La soldadura oxiacetilénica consiste en aumentarla temperatura de los metales a unir hasta su punto de fusión y endicho momento se aplica una presión sobre las superficies a soldarpara que se unan. El aumento de temperatura se consigue por mediode la llama producida por la combustión de acetileno en presenciade oxígeno. El equipo se compone de una botella de oxígeno apresión, otra de acetileno, los manorreductores, el soplete, las válvulasantirretorno y las mangueras. El equipo de soldadura oxiacetilénicase puede utilizar también para cortar metales (oxicorte).

• Botellas de nitrógeno con manorreductores: se utilizan para crearatmósferas inertes durante la soldadura gracias al chorro de gas queengloba la totalidad del metal fundido, evitando que sea atacado porotro gas presente en la atmósfera (especialmente el oxígeno).

• Gafas de protección.

Herramientas para trabajo con tuberías:

• Abocardador a 45º: se utiliza para generar un cono a 45º en el extremolibre de una tubería para permitir la unión entre tubería y accesorios,de manera que se facilita la estanquidad de la unión.

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• Ensanchador de tubos: Se trata de una herramienta para facilitar launión de dos tuberías de igual diámetro. Para ello, ensancha elextremo libre de una de ellas y le genera un cono a 45º. El diámetrointerior del extremo es igual al diámetro exterior del tubo inicial demodo que una tubería de igual diámetro que la inicial puedeintroducirse en su interior. La estanquidad se consigue mediantesoldadura por capilaridad con plata.

• Escariador: Útil que sirve para suavizar los bordes de una tubería ala que se le ha realizado un corte.

• Doblatubos: Se usa para curvar las tuberías un determinado ánguloy con radio de curvatura acorde al diámetro de aquéllas, sin que seproduzcan abolladuras en sus paredes.

• Cortatubos: Se utiliza para realizar cortes limpios en las tuberías.

• Sellador de tubos: Se trata de una gran variedad de compuestosquímicos tipo resinas que se adhieren a las superficies de las tuberíasy accesorios a unir, rellenando todos los huecos y aumentando laestanquidad de las uniones.

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• Llaves de carraca o de chicharra multipresa: son llaves que permitenapretar y soltar tuercas sin necesidad de sacar la herramienta en cadagolpe de muñeca, facilitando así su uso. Existen muchos modelos enel mercado, los más habituales presentan juegos de cabezalesintercambiables para distintos tamaños de cabeza de tuerca, siendola conexión cuadrada para los diámetros más pequeños y hexagonalpara los superiores.

• Alicate de pinzas: usada para plegar tuberías sobre sí mismas y parasujetarlas mientras se realiza otra operación.

• Peine para enderezar aletas: se trata de una herramienta que sirvepara arreglar las aletas de los intercambiadores de calor cuando hansufrido algún golpe o se han torcido por efecto de los cambios detemperatura.

• Válvulas de intervención, autoperforantes: se trata de dispositivospara perforar tuberías y realizar derivaciones en tuberías ya instaladasen las que resulta problemática la inserción de piezas en “ T ” o en“ Y “.

Herramientas para crear vacíos:

• Bomba de vacío: La bomba de vacío se utiliza para extraer todo elaire de las tuberías y elementos que componen los circuitos (en casode instalaciones nuevas) y para vaciar las mismas de refrigerantegaseoso (en caso de averías o cambio de refrigerante). Las bombasde vacío se definen por su capacidad de extraer gas (generalmenteen l/min) y la presión de vacío máxima que pueden crear (eninstalaciones de refrigeración convencionales se suelen exigir vacíosdesde 2 mbar hasta 0,02 mbar dependiendo de la aplicación).

• Vacuómetro o Manovacuómetro: Es el aparato que se utiliza paramedir el vacío generado en una instalación.

• Latiguillos de conexión y válvulas de cierre: Los latiguillos son losconductos flexibles que permiten conectar la instalación con la bombade vacío y ésta con el recipiente donde se almacenará el gas (en casode extracción de refrigerante), y las llaves o válvulas de cierre permitendesconectar la instalación y el recipiente de la bomba, de modo quecircuito y almacenamiento queden estancos en cuanto se desconectela unidad de vaciado.

Herramientas de carga de refrigerante:

• Cilindro de carga: se trata de un envase de volumen muy determinadousado para llenar instalaciones con la cantidad justa de fluidorefrigerante. Para grandes instalaciones los cilindros vienen dotadoscon algún tipo de accesorio calefactor que impide que la botella se

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congele debido a la expansión del gas en su interior. Se acompañancon un manómetro para controlar la presión del refrigerante durantela carga.

• Puente de manómetros o analizador, con juego de latiguillos deconexión flexible: es un conjunto de dos manómetros, un colectorde unión y varias válvulas de corte que permiten de un modo sencillorealizar las operaciones de carga y vaciado de refrigerante, y controlde presiones de funcionamiento. Un manómetro controla la presiónde alta mientras que el otro hace lo mismo con la de baja. Con lasllaves de seccionamiento se puede cambiar la configuración delpuente de modo que el mismo elemento se usa para todas las funcionesdescritas.

• Báscula de precisión: En el caso de que la carga se haga directamentedesde botella, el control de la cantidad de refrigerante se realiza porpeso. Dado que el rendimiento de una instalación es muy sensiblea la cantidad de fluido que la recorre, es muy importante la exactituden la carga de la misma y, por ello, se usan básculas de precisión.

Herramientas de vaciado de las instalaciones:

• Equipos de recuperación o reciclado de aceite: equipos que permitenextraer el aceite de la instalación y envasarlo en recipientes adecuadospara transportarlos a lugares donde se realice su eliminación controladao su reproceso para volver a ser utilizados (en el caso de losrecuperadores); o tratar el aceite en la misma instalación, filtrándolo,deshidratándolo y eliminando sus impurezas, para volver a introducirloen la instalación (en el caso de equipos de reciclaje).

• Recipientes de recuperación estancos que permiten el traslado desdela instalación hasta los lugares de eliminación o reproceso, de unmodo seguro, sin que el refrigerante o lubricante contamine el medioambiente, ni que éste altere las propiedades de los fluidos.

• Juegos de latiguillos de conexión flexible y llaves de seccionamientoque permitan la conexión estanca entre todos los elementos.

10.4. Tablas de averías. Identificación de causas

Relación efecto-causa

La siguiente tabla recoge un amplio resumen de las averías más comunesen las instalaciones frigoríficas, los síntomas a través de los que semanifiestan y las soluciones que deben aplicarse. El modo de ejecutarla solución no aparece detallada, en un apartado posterior se describeel modo de actuar en los casos más comunes.

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SÍNTOMA

Presión de condensación excesivaen condensadores enfriados poraire y agua

Presión de condensación excesivaen condensadores enfriados poraire

CAUSA POSIBLE

Aire o gases no condensables enla instalación.

Superficie del condensadordemasiado pequeña.

Exceso de refrigerante en elsistema (acumulación derefrigerante en el condensador).

Regulación de condensaciónajustada a una presión demasiadoalta.

Temperatura de admisión del aireo del agua en el condensadordemasiado elevada.

El ventilador o la bomba delcondensador están averiados.

Caudal de aire o de aguainsuficiente en el evaporador.

El circuito de líquido anterior odespués de la válvula de expansiónse encuentra obstruido(impurezas).

Presión de evaporación demasiadobaja

Suciedad en la superficie delcondensador

Motor o aspas de ventiladordefectuosas o demasiado pequeñas

SOLUCIÓN

Purgar el condensador, arrancar ydejar funcionar hasta alcanzar laTª de funcionamiento y purgar denuevo si es necesario.

Sustituir el condensador por unomás grande.

Quitar refrigerante hasta que lapresión de condensación seanormal, el visor de líquido tieneque estar siempre lleno.

Ajustar a la presión correcta.

Verificar el circuito deenfriamiento, comprobar elenfriamiento en la torre derefrigeración de agua y su nivel deagua (en caso de existencia).

Reparar.

Revisar los circuitos de aire o agua.

Limpiar el circuito.

<<Ver presión de aspiracióndemasiado baja>>

Limpiar el condensador.

Cambiar motor o aspas delventilador.

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SÍNTOMA

Presión de condensación excesivaen condensadores enfriados poragua

Presión de condensacióndemasiado baja en condensadoresenfriados por aire y agua.

CAUSA POSIBLE

Flujo de aire al condensadordemasiado restringido

Temperatura ambiente demasiadoalta

Dirección contraria al aire a travésdel condensador

Cortocircuito entre el lado depresión y aspiración del ventiladoral condensador

Temperatura del agua deenfriamiento excesiva

Caudal de agua demasiadopequeño

Sedimentos de suciedad en elinterior de las tuberías de agua

Bombas de agua de enfriamientodefectuoso o fuera de servicio

Superficie de condensacióndemasiado grande

Baja carga en el evaporador

Presión de aspiración demasiadobaja.

Las válvulas de aspiración o dedescarga, o el émbolo delcompresor pueden tener fugas.

SOLUCIÓN

Quitar obstáculos al acceso de aireo cambiar el condensador de lugar.

Proporcionar entrada de airefresco o cambiar el condensadorde lugar.

Cambiar sentido de giro derotación del motor.

Montar un conducto adecuadohacia el exterior.

Bajar la Tª del agua.

Aumentar el caudal de agua.

Limpiar las tuberías de agua delcondensador.

Reparar o cambiar bomba de agua

Establecer la regulación de presiónde condensación o cambiar elcondensador.

Establecer regulación de presiónde condensación.

Localizar posible avería en tramoentre condensador y válvulatermostática.<<Ver falta de líquido>>

Reemplazar válvulas y platos de lasválvulas, y rascadores de loscilindros.

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ÍNTOMA

Presión de condensacióndemasiado baja en condensadoresenfriados por aire

Presión de condensacióndemasiado baja en condensadoresenfriados por agua

Presión de condensación inestable.

CAUSA POSIBLE

El regulador de presión decondensación está ajustado a unapresión demasiado baja.

Recipiente no aislado, situado enun lugar demasiado frío enrelación al condensador.

Taponamiento del circuito delíquido (impurezas, tapones dehielo, hidratos), el volumen de labotella de líquido es suficiente yla baja presión es demasiado baja.

La válvula de inversión se atascaen posición media.

Temperatura demasiado baja.

Caudal de aire excesivo hacia elcondensador

Caudal de agua excesivo

Temperatura del agua demasiadobaja

El presostato de arranque/paradadel ventilador tiene un diferencialgrande. Podría producir vapor enla línea de líquido después delarranque, debido a unaacumulación de refrigerante en elcondensador

La válvula termostática es inestable.

SOLUCIÓN

Ajustar el regulador de presión decondensación a su presióncorrecta.

Cambiar el recipiente de lugar oproveerlo de un aislante adecuado.

<<Ver presión de vaporización ode aspiración demasiado baja>>

Reponer estado correcto, lubricary/o cambiar el elemento.

Establecer regulación de presiónde condensación

Cambiar el ventilador por uno máspequeño o establecer regulaciónde velocidad al motor

Montar válvula de regulación decaudal.

Reducir el caudal de agua

Ajustar el diferencial a un valormás bajo, o utilizar un variador defrecuencia.

Ajustar la válvula a másrecalentamiento o cambiar elorificio a un tamaño menor.Cambiar las válvulas a unas máspequeñas.

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SÍNTOMA

Presión de aspiración excesiva.

Presión de aspiración excesiva ytemperatura del gas de aspiracióndemasiado baja.

CAUSA POSIBLE

Se ha producido un presión deaspiración inestable

Compresor demasiado pequeño.

Platos de válvulas con fugas.

Regulación de capacidaddefectuosa o mal ajustada.

Carga térmica de la instalaciónexcesiva.

Fuga en el sistema de desescarche.

Temperatura de condensaciónmuy elevada.

Demasiado fluido.

Émbolo no estanco del cilindro.

La válvula de expansión estádemasiado abierta.

La válvula de inversión de ciclo seha atascado en una posiciónintermedia.

Fluido de entrada (aire o agua) enel evaporador a demasiadatemperatura.

Ajustar el recalentamiento de laválvula de expansión.

Orificio de la válvula de expansióndemasiado grande.

Fugas en el intercambiador decalor entre las líneas de líquido yaspiración.

SOLUCIÓN

<<Ver presión de aspiracióninestable>>

Cambio de compresor

Cambio de platos de válvulas.

Revisar regulación de capacidad.

Revisar carga en la cámara o local.

Comprobar estanquidad.

<<Ver temperatura decondensación muy elevada>>

Vaciar refrigerante.

Sustituir émbolo o segmentos.

Ajustar. Comprobar si la aguja estádesgastada.

Comprobar estado y reparar ocambiar.

Esperar a que el funcionamientose estabilice, reducir el caudal encaso necesario.

<<Ver válvulas de expansióntermostática>>

Cambiar orificio.

Cambiar intercambiador de calor.

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SÍNTOMA

Presión de aspiración demasiadobaja, funcionamiento constante.

Presión de aspiración demasiadobaja, funcionamiento normal oirregular

CAUSA POSIBLE

Presostato de baja presión malajustado o defectuoso.

Carga térmica baja de la instalación

Falta de líquido refrigerante en elevaporador: falta de refrigeranteen el recipiente, línea de líquidodemasiado larga, pequeña, o conexcesiva pérdida de carga, filtrosobstruidos, falta desubenfriamiento de líquido, averíaen la válvula de expansión.

Evaporador demasiado pequeño.

Ventilador del compresordefectuoso

Demasiada caída de presión en elevaporador o línea de aspiración.

Necesidad de desescarche.

Congelación en el enfriador de lasalmuera.

Falta de aire o salmuera a travésdel enfriador.

Acumulación de aceite en elevaporador

Caudal de aire o de agua delevaporador muy reducido.

Compresor demasiado potente.

SOLUCIÓN

Ajuste/cambio del presostato

Establecer regulación de capacidado aumentar el diferencial delpresostato de baja presión.

<<Ver nivel del líquido en elrecipiente demasiado bajo>>,<<Ver burbujas de vapor en elvisor>>, <<Ver válvulas deexpansión termostática>>

Cambiar el evaporador.

Revisar funcionamiento delventilador.

Modificación del circuitohidráulico en el tramo evaporador-línea de aspiración.

Revisar sistema de desescarche.

Aumentar concentración desalmuera.

Revisar estanquidad del sistema.

<<Ver nivel de aceite en el cárterdemasiado bajo>>

Revisar circuito de aire y de agua.

Instalar un compresor máspequeño, cambiar el fluidorefrigerante.

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SÍNTOMA

Presión de aspiración inestable.Funcionamiento con válvula deexpansión termostática.

Temperatura de la línea dedescarga demasiado alta

Nivel de líquido en el recipientedemasiado bajo.

CAUSA POSIBLE

Temperatura de condensaciónmuy baja.

Recalentamiento de la válvula deexpansión termostática demasiadobajo.

Orificio de la válvula de expansióndemasiado grande.

Fallo de regulación de capacidad:regulador de capacidad demasiadogrande o presostato pararegulación por etapas mal ajustado.

Presión de aspiración demasiadobaja (falta líquido en elevaporador, carga del evaporadordemasiado baja, fugas en el platode válvulas del compresor,recalentamiento excesivo en elintercambiador de calor)

Presión de condensacióndemasiado alta

Falta líquido refrigerante en lainstalación

Fugas en la instalación

Sobrecarga en el evaporador (pocacarga conlleva acumulación delíquido en el evaporador, averíaen la válvula termostática).

Acumulación de líquido en elcondensador porque la presión decondensación es más baja que lapresión del recipiente

SOLUCIÓN

<<Ver temperatura decondensación muy baja>>


Cambio del tipo de regulador decapacidad, ajustar mayordiferencial de presión dearranque/paro de etapas.

Localizar avería en el tramo desderecipiente hasta la línea deaspiración. Cambiar el plato deválvulas en el compresor.Seleccionar intercambiador máspequeño.<<Ver presión de aspiracióndemasiado baja>>

<<Ver presión de condensacióndemasiado alta>>

Averiguar causa, subsanar avería yrecargar instalación

Detectar y reparar


Situar el recipiente junto alcondensador

536



SÍNTOMA

Nivel de líquido en el recipienteexcesivo y rendimiento deenfriamiento normal.

Nivel de líquido en el recipienteexcesivo y rendimiento deenfriamiento demasiado bajo.

Filtro secador frío, con posiblesgotas de rocío o escarcha.

Visor de líquido descolorido:Amarillo

Visor de líquido descolorido:Marrón o negro

CAUSA POSIBLE

Demasiada carga de refrigerantelíquido en la instalación.

Obstrucción parcial de algúncomponente de la línea de líquido.

Avería en la válvula termostática(recalentamiento excesivo, orificiodemasiado pequeño, pérdida dela carga,…)

Obstrucción parcial del filtro desuciedad del filtro secador

Filtro secador saturado con aguao ácidos

Humedad en la instalación

Impurezas en forma de pequeñaspartículas en la instalación.

SOLUCIÓN

Vaciar la cantidad adecuada derefrigerante, de modo que lapresión de condensación sigasiendo normal y el indicador delíquido del visor esté sin vapor.

Localizar y limpiar.


Averiguar si hay impurezas en lainstalación, limpiar donde seanecesario y cambiar el filtrosecador

Averiguar si hay humedad o ácidosen la instalación, limpiar y cambiarel filtro secador varias veces. Encaso de fuerte contaminación deácidos: cambiar el refrigerante yla carga de aceite y montar unfiltro secador con núcleo sólidointercambiable en la línea deaspiración.

Averiguar si hay fugas y reparar sies necesario. Comprobar si hayácidos en la instalación. Cambiarel filtro secador varias veces si esnecesario. Puede ser necesariocambiar el refrigerante y el aceite.

Limpiar la instalación. Cambiar elfiltro secador.

537



SÍNTOMA

Burbujas de vapor en el visor delíquido delante de la válvula deexpansión termostática.

Enfriadores de aire. Evaporadorbloqueado por escarcha.

CAUSA POSIBLE

Falta de subenfriamiento, debidoa una caída de presión excesiva enla línea de líquido (extremalongitud de la línea de líquido,diámetro de la línea de líquidopequeño o excesiva pérdida decarga, avería en la válvulasolenoide,…).

Falta de subenfriamiento líquidopor penetración de calor en lalínea de líquido.

Condensadores enfriados poragua: falta de subenfriamientodebido a una dirección contrariadel caudal de agua deenfriamiento.

Presión de condensacióndemasiado baja

Válvula de cierre del recipientedemasiado pequeña.

Regulación de presión decondensación defectuosa o malajustada causando unaacumulación de líquido en elcondensador

Si se regula la presión decondensación por arranque/parodel ventilador del condensador,puede haber vapor en la línea delíquido durante algún tiempodespués de la puesta en marchadel ventilador.

Falta de líquido en la instalación.

No se ha realizado elprocedimiento de desescarche.

SOLUCIÓN

Cambiar la línea de líquido porotra de diámetro adecuado,eliminar codos y cambios dedirección innecesarios, limpiarfiltros,…

Aumentar aislamiento de la líneade líquido.

Cambiar a la configuración decaudales a contracorriente en elintercambiador.

<<Ver presión de condensacióndemasiado baja>>

Cambiar la válvula

Ajuste de la regulación o cambiodel tipo de regulación decondensación del sistema

Recarga de la instalación.

Revisar sistema de desescarche yrealizar desescarche.

538



SÍNTOMA

Enfriadores de aire. Evaporadorescarchado sólo en el tramocercano a la válvula de expansión.

Enfriadores de aire. Evaporadordañado.

Excesiva humedad del aire en lacámara frigorífica, temperaturaambiente normal

Humedad del aire en la cámara olocal demasiado baja

Excesiva temperatura en la cámarao local.

CAUSA POSIBLE

Humedad del aire excesiva en lacámara frigorífica.

Falta de afluencia de refrigerantehacia el evaporador: avería en laválvula de expansión o <<Verburbujas de vapor en el visor delíquido >>

Aletas o láminas deformadas.

Excesiva superficie de evaporador,que provoca evaporación excesivay periodos de funcionamientocortos.

Baja carga térmica

Cámara mal aislada

Elevado consumo interno deenergía (alumbrado,ventiladores,…)

Superficie del evaporadordemasiado pequeña, causandolargos periodos de funcionamientoa una temperatura de evaporaciónbaja.

Avería en el termostato ambientede la cámara.

Capacidad del compresordemasiado pequeña.

Carga térmica excesiva.

SOLUCIÓN

Revisar estanquidad de la cámarafrigorífica y humedad introducidapor los productos a enfriar


Reponer forma inicial.

Cambiar tamaño de evaporador.

Instalar regulación de humedaden la cámara.

Mejorar aislamiento.

Reducir consumos superfluos.

Cambio de evaporador.

<<Ver Termostatos>>

<<Ver Compresores>>

Revisar carga en la cámara o locala refrigerar, focos de calor,aislamiento.

539



SÍNTOMA

Temperatura demasiado baja en lacámara o local.

CAUSA POSIBLE

Evaporador demasiado pequeño.

Afluencia de líquido refrigerantehacia el evaporador muy pequeña.

Regulador de presión deevaporación ajustado a unapresión de corte demasiado alta.

Presostato de baja presión ajustadoa una presión de corte demasiadoalta.

La válvula reguladora de capacidadabre a una presión de evaporacióndemasiado alta.

El regulador de presión deaspiración está ajustado a unapresión de apertura demasiadobaja.

Avería en el termostato ambiente.

Temperatura ambiente baja.

Existencia de hielo, cera osuciedad en el punzón de la válvulade expansión.

Válvula de expansión desajustada.

El elemento sensor de la válvulade expansión no realiza un buencontacto con la línea de aspiración.

SOLUCIÓN

Revisar tamaño del evaporador.

<<Ver burbujas de vapor en el visorde líquido >> y <<Ver válvulas deexpansión termostática>>

Ajustar el regulador de presión.

Ajustar el presostato con uso demanómetros.

Ajustar válvula reguladora.

Ajustar válvula reguladora.

<<Ver Termostatos>>

Revisar sistema regulación interno.

Limpiar válvula, instalar filtrosecador o emplear aceite de menorviscosidad.

Reajustar válvula.

Ajustar contacto.

540



SÍNTOMA

Temperatura de gas de aspiracióndemasiado alta.

Compresor. Funcionamientoirregular (desconexión porpresostato de baja presión).

Compresor. Funcionamientoirregular (desconexión porpresostato de alta presión).

Compresor. El compresor arrancay para a intervalos de tiempo muycortos.

CAUSA POSIBLE

Alimentación insuficiente derefrigerante hacia el evaporador:Poca carga de refrigerante en lainstalación, avería en la línea delíquido o en alguno de suscomponentes, válvula deexpansión ajustada a unrecalentamiento excesivo opérdida parcial de la carga delbulbo.

Capacidad del compresordemasiado grande en relación conla carga térmica de la instalación.

Regulador de presión deevaporación ajustado a una presiónde evaporación demasiado alta

Presión de condensación excesiva.

Avería en el presostato de altapresión.

Presostato de alta presión ajustadoa una presión de corte demasiadobaja.

Diferencial del control (presioneso temperaturas) muy pequeño.

Pérdida en las válvulas deaspiración o descarga delcompresor.

SOLUCIÓN

Cargar la instalación derefrigerante, <<Ver nivel del líquidoen el recipiente demasiadobajo>>,<<Ver filtro secador frío>>,<<Ver burbujas de aire en elvisor>>, <<Ver presión deaspiración demasiado baja>>, y<<Ver válvulas de expansióntermostática>>

Revisar tamaño del compresor.

Ajuste de la regulación de lapresión de evaporación con ayudade manómetro.

<<Ver Presión de condensacióndemasiado alta>>

Revisar estado del presostato

Ajustar el presostato con ayuda demanómetro. Evitar funcionamientoirregular con el uso de unpresostato de alta presión conrearme manual.

Reajustar diferencial de control ocambiar controlador en caso deque el diferencial sea el adecuado.

Comprobar estanquidad y repararen caso necesario.

541



SÍNTOMA CAUSA POSIBLE

La válvula de expansióntermostática falla debido a:existencia de hielo, cera o suciedaden su interior o en el filtro previo;orificio insuficiente; desajuste;elemento sensor descargado;ubicación de la válvula en lugarincorrecto (demasiado frío).

Si se dispara el dispositivo desobrecarga del motor puede serdebido a: correas muy tensadas,baja tensión de alimentación, pocacapacidad del motor, cojinetes delmotor con falta de lubricación olimpieza, cortocircutio en elbobinado del motor.

Disparo del presostato de altapresión o el dispositivo desobrecarga del motor por altapresión.

Obstrucción en la línea de líquidoo de aspiración: líneas demasiadopequeñas para los caudalescirculantes, filtros obstruidos,aplastamientos en la línea, válvulassemicerradas, falta de refrigerante.

La presión de aspiración es bajadebido a pequeño tamaño deaspiración.

Falta de salmuera.

Avería de origen eléctrico, malcontacto.

Potencia frigorífica demasiadoelevada.

SOLUCIÓN

Limpiar, reestudiar tamaño,reajustar elemento sensor, reubicarelemento.

Reajustar correas, revisar tensiónde alimentación real al motor(aumentar sección de línea dealimentación en caso necesario),cambiar motor, lubricar y limpiarcojinetes, reparar o cambiarbobinado.

Revisar apartados anteriores (altapresión).

Revisar tamaños de líneas, estadode filtros, líneas y válvulas, reponerrefrigerante y buscar fugas.

Aumentar superficie deevaporación.

Comprobar nivel del tanque deacumulación y existencia de fugas.

Localizar avería y reparar, revisarconexiones y apretar contactos.

Revisar asignación de potencia yreducir tamaño del equipo,cambiar el fluido refrigerante,instalar regulación de potencia.

542



SÍNTOMA

Compresor. Temperatura de lalínea de descarga demasiado alta.

Compresor. Compresor demasiadofrío.

Compresor. Compresor demasiadocaliente.

Compresor. Sonido de golpeteoconstantemente o durante elarranque.

Compresor. Nivel de aceite en elcárter demasiado alto. Con cargao sin ella. Durante la parada o elarranque.

CAUSA POSIBLE

Temperatura de la línea dedescarga demasiado alta.

Paso de líquido refrigerante desdeel evaporador hacia la línea deaspiración y posiblemente hacia elcompresor, debido a un ajuste dela válvula de expansión incorrecto.

Compresor y posiblemente motorsobredimensionados, debido a lacarga del evaporador comoconsecuencia de una presión deaspiración demasiado alta.

Enfriamiento de motor y cilindroinsuficiente debido a: poco líquidoen el evaporador, carga deevaporador baja, válvulas deaspiración y descarga noherméticas, recalentamientoimportante en el intercambiadoro en el acumulador de aspiración.

Presión de condensacióndemasiado alta.

Golpes de líquido en el cilindrodebido a entrada de líquido en elcompresor.

Ebullición de refrigerante en elcárter.

Desgaste en partes móviles delcompresor.

Demasiada cantidad de aceite

SOLUCIÓN

Comprobar estado del plato deválvulas

Ajustar la válvula de expansión aun menor recalentamiento.

Reducir la carga del evaporador osustituir por un compresor demayor tamaño.

Localizar avería entre elcondensador y la válvula deexpansión termostática, <<Verpresión de evaporación demasiadobaja>>, revisar plato de válvulas.

Sustituir el intercambiador por unode menor tamaño, <<Ver presiónde condensación demasiado alta>>

Ajustar la válvula de expansión aun recalentamiento inferior.

Montar elementos de calor en elcompresor o debajo del cárter.

Reparar el compresor.

Comprobar que no es debido a lapresencia de refrigerante en elaceite.Vaciar aceite hasta nivel correcto.

543



SÍNTOMA

Compresor. Nivel de aceite en elcárter demasiado bajo.

Compresor. Aceite en ebulliciónal arrancar.

CAUSA POSIBLE

Absorción de líquido refrigeranteen el aceite del cárter a causa deuna temperatura ambientedemasiado baja.

Cantidad de aceite demasiadopequeña.

Mal retorno del aceite delevaporador a causa de: Líneasverticales de aspiración muygrandes, falta separador de aceite,falta de inclinación en la líneahorizontal de aspiración.

Desgaste del pistón, aros y cilindro.

Si hay varios compresoresconectados en paralelo: con tubode regulación de aceite, loscompresores no están a la mismaaltura; con regulación del nivel deaceite, válvula de flotador atascada.

Retorno de aceite del separadorde aceite atascado.

Gran absorción de líquidorefrigerante en el aceite del cártera causa de una temperaturaambiente demasiado baja.

Instalaciones con separador deaceite: demasiada absorción delíquido refrigerante en elseparador durante el arranque.

SOLUCIÓN

Montar elementos de calor en elcompresor o debajo del cárter delmismo.

Carga de aceite hasta nivelcorrecto.

Revisar circuito de refrigerante.

Revisar estado de componentes delcompresor.

El último compresor en arrancar(según etapas de arranque) es elque mayor probabilidad de faltade aceite presenta. Igualar alturasde instalación, aumentar eldiámetro de la línea de igualaciónde nivel de aceite, revisar válvulasde flotador.

Limpiar circuito de lubricante

Montar elementos decalentamiento debajo del cárterdel compresor o una resistencia decárter en el compresor.

Separador de aceite demasiado fríodurante la parada. Montarelemento calefactor controlado portermostato o una válvula solenoidecon retardo en la línea de retornodel aceite. Colocar una válvula deretorno en la línea de descargadespués del separador de aceite.

544



SÍNTOMA

Compresor. Aceite en ebullicióndurante funcionamiento.

Compresor. Aceite descolorido.

Compresor. No arranca.

CAUSA POSIBLE

Paso de líquido refrigerante desdeel evaporador hacia el cárter delcompresor.

Sistemas con separador de aceite:la válvula no cierracompletamente.

Instalación contaminada. Limpiezainsuficiente durante el montaje otras una modificación importantedel circuito o sistema.

Instalación contaminada.Descomposición del aceite a causade humedad en la instalación

Instalación contaminada.Descomposición del aceite a causade temperatura demasiado alta enla línea de descarga.

Instalación contaminada.Partículas de desgaste decomponentes móviles.

Falta de tensión o tensióninsuficiente en la alimentación delmismo.

Fusibles quemados.

Fusible fundido en circuito decontrol.

Interruptor general en posiciónabierta.

Comprobar el paso de corriente(cambiando bobina o contactor),examinar causa de disparo.

SOLUCIÓN

Ajustar la válvula de expansión almáximo recalentamiento.

Cambiar la válvula de flotador otodo el separador de aceite.

Cambiar aceite, el filtro secador ylimpiar el sistema de refrigerante.

En caso de elevada temperatura<<Ver elevada temperatura en lalínea de descarga>>

Comprobar tensión en acometiday en caso necesario hablar concompañía suministradora deenergía eléctrica.

Buscar y reparar fallo eléctrico enel sistema de potencia o en el depotencia.

El contactor no actúa debido a:bobina quemada, dispositivo demáxima disparado.

545



SÍNTOMA CAUSA POSIBLE

El motor no arranca debido a:defecto en el arranque, el motorestá quemado o cortocircuitado

Contactos de arranque del motorquemados a causa de: corrientede arranque excesiva, contactordemasiado pequeño.

Protectores de devanados delmotor abiertos a causa deconsumo excesivo de energía.

Correas rotas.

Protección termostática del motorcortada o defectuosa por: presiónde aspiración excesiva, presión decondensación excesiva, suciedado revestimiento de cobre encojinete, tensión de alimentacióndemasiado baja, fallo de una fase,devanados del motor encortocircuito.

Otro equipo de seguridad cortado,mal ajustado o defectuoso:Presostato diferencial de aceite,presostato de baja presión,presostato de alta presión,interruptor de flujo, termostatode protección a congelación.

Equipo de regulación cortado, malajustado o defectuoso: presostatode baja presión, termostato de lacámara.

SOLUCIÓN

Revisar sistema de arranque,cambiar el bobinado del motor yrevisar el nivel de aislamiento detodas las partes.

Buscar cortocircuito, corrienteadmisible por los contactos,compararla con la de arranque delequipo y cambiar los contactos.

Buscar causante elevado consumoeléctrico, revisar potenciaabsorbida por el sistema encondiciones normales.

Revisar y cambiar.

<<Ver Presión de aspiracióndemasiado alta>>, <<presión decondensación demasiado alta>>,limpiar circuito, revisar circuitoeléctrico.

<<Ver nivel de aceite demasiadobajo>>, <<ver aceite enebullición>>, <<Ver presión decondensación demasiado alta>>,<<Ver presión de aspiracióndemasiado baja>>, buscar causa decaudal reducido (válvulassemicerradas,…) y de bajastemperaturas.

<<Ver presión de aspiración>>,<<Ver termostatos>>, localizaravería y reparar.

546



CAUSA POSIBLE

Compresor abierto: sobrecarga delcompresor y del motor, motordemasiado pequeño.Compresor hermético osemihermético: sobrecarga delcompresor y del motor, formaciónde ácidos en el sistema derefrigeración.

Obturación en la circulación derefrigerante debido a: Válvula delíquido o aspiración cerrada,tubería aplastada, filtros obturados,válvula de solenoide atascada, hielocera o partículas taponando laválvula de expansión, fuga derefrigerante.

Evaporador inundado: elementotérmico de la válvula de expansióndescargado, válvula de expansióndesajustada, fuga en el flotador.

Agarrotamiento en losrodamientos y cilindros debido a:Partículas de suciedad en el sistemade refrigeración, Revestimiento decobre en partes lisas y formaciónde ácidos, insuficiencia o falta delubricación (fallo en la bomba deaceite, aceite en ebullición en elcárter, baja cantidad de aceite,acumulación de aceite en elevaporador, mala igualación deaceites entre compresores).

Presostato de ajustado a unapresión de corte demasiado baja,o defectuoso.

Plato de válvulas deaspiración/descarga con fugas.

SOLUCIÓN

Revisar causa de sobrecarga,aumenta potencia del motor si espreciso, averiguar y reparar causade aparición de ácidos.

Revisar el circuito hidráulico y loselementos lo gobiernancomprobando la apertura ylimpieza de todos ellos.

Revisar estos elementos.

Limpiar el sistema, cambiar el filtrosecador, revisar y subsanarformación de ácidos, <<Ver Nivelde aceite en el cárter demasiadobajo>>

Regular el sistema de control.<<Ver Presión de aspiracióndemasiado baja>>

Cambiar el plato de válvulas.

SÍNTOMA

Compresor en marchaconstantemente, presión deaspiración demasiado baja.

Compresor en marchaconstantemente, presión deaspiración demasiado alta.

547



SÍNTOMA

El compresor enfría, pero no parao funciona demasiado tiempo.

El compresor no para y no enfría.Potencia frigorífica insuficiente.

CAUSA POSIBLE

Capacidad del compresordemasiado pequeña en relacióncon la carga de la instalación encualquier momento dado.

El refrigerante no circulaadecuadamente, válvula de líquidocerrada parcialmente, filtrosobturados, válvula de solenoideobturada, línea de líquido oaspiración obturada, falta derefrigerante, válvula de expansióndemasiado abierta o cerrada,sensor de la válvula de expansióndescargado, válvula de expansióncolocada en un lugar demasiadofrío.

Compresor no apropiado: pérdidaen las válvulas de aspiración,equipo de baja capacidad.

Falta de rendimiento por serdemasiado elevada la presión altadel sistema.

Sobrecarga en el equipo: elevadacarga térmica instantánea en laatmósfera refrigerada, fuga térmicaen el recinto, compresor yevaporador pequeños.

Las correas de compresor resbalan.

SOLUCIÓN

Bajar carga térmica de la instalacióno aumentar compresor.

Revisar limpieza de todos loselementos, revisar si los diámetrosde los elementos son adecuados alos caudales requeridos, obturar lasfugas, revisar carga de refrigerante,revisar/cambiar elemento sensorde la válvula de expansión, revisarubicación de la válvula deexpansión.

Ajustar la holgura entre discos yplatos de válvulas, cambiar elcompresor.

Revisar causa de alta presión.

Revisar recinto refrigerado nivelde aislamiento, pérdidas poraberturas y nivel de carga.

Tensar o cambiar.

548



SÍNTOMA

El compresor no para y no enfría.Potencia frigorífica insuficiente.

CAUSA POSIBLE

El refrigerante no circula en lacantidad suficiente: válvulassemicerradas o pequeñas, filtrosobstruidos, válvula de solenoidede poco paso, aplastamiento opequeño diámetro de las líneas delíquido o aspiración, falta derefrigerante, válvula de expansiónparcialmente cerrada u obstruida,válvula de expansión cerrada porfallo mecánico, válvula deexpansión desajustada, sensor dela válvula de expansióndesajustado, válvula de expansióncolocada en lugar demasiado frío,excesiva presión de alta en elflotador.

La válvula de expansión quedaabierta y entra tanto refrigeranteque no puede evaporarse a unapresión baja para dar unatemperatura baja.

Compresor ineficaz por: válvulasque pierden, fugas por lossegmentos, baja capacidad.

Presión de alta elevada lo quereduce la capacidad del compresor.

Compresor sobrecargado por:excesiva carga térmica, fugas defrío/calor (fugas o puertasabiertas), compresor y evaporadorpequeños, mal reparto de aireinterior.

Compresor trabaja a bajavelocidad.

SOLUCIÓN

Revisar elementos de corte delcircuito, limpiar circuito, válvulasy filtros, revisar válvula desolenoide, revisar diámetros de loselementos, carga de refrigerante yrevisión de fugas, revisar secciónde paso y actuador de la válvula deexpansión, cambiar la ubicaciónde la válvula de expansión,averiguar causa de presión excesiva.

Repararla o cambiarla.

Reparar fugas, aumentar lavelocidad de régimen delcompresor (si lo permite) ocambiarlo.

Ver apartados anteriores.

Revisar zona refrigerada,aislamiento del recinto, revisarcapacidades de los elementos ysistemas de distribución de aire.

Comprobar tensión dealimentación, revisar variador defrecuencia (si existe).

549



SÍNTOMA

Potencia frigorífica insuficiente

CAUSA POSIBLE

El evaporador trabaja de formaineficiente por: exceso deescarcha, serpentín taponado porpresencia de aceite.

Necesidades frigoríficasdemasiado grandes.

Avería en la regulación.

Caudales de agua o aire demasiadopequeños en el evaporador ycondensador.

Evaporador escarchadocontinuamente.

Filtros atascados.

Válvula de expansión desajustadao demasiado pequeña.

Falta de fluido.

Arrastre de líquido en laaspiración.

Exceso de fluido.

Válvulas del compresor en malestado.

Válvula de inversión de cicloagarrotada.

Ciclos de desescarche demasiadolargos.

SOLUCIÓN

Proceder al desescarche, revisarserpentín.

Verifíquese el aislamiento delrecinto refrigerado, comprobar lacarga térmica y los aportes,aumentar potencia del grupo(cambiarlo).

Revisar sistema de control.

Cuantificar caudales y compararcon valores de diseño, averiguarcausas en caso de falta de caudales.

Ciclos de desescarche insuficientes,ventilación anormal en elevaporador.

Limpiar circuitos.

Revisar ajuste y comprobar relacióntamaño-caudal.

Revisar nivel, encontrar fugas yreponer cantidad necesaria.

<<ver golpe de líquido en elcompresor>>

Revisar nivel.

Revisar estanquidad y sustituir encaso necesario.

Comprobar bobina y actuador.

Ajustar temporización.

550



SÍNTOMA

Golpe de líquido en el compresor

CAUSA POSIBLE

Red de distribución mal aislada.

Mangas no estancas.

Temperaturas de entrada del aguao del aire de refrigeracióndemasiado elevadas.

Superficies de intercambio deevaporador y condensador suciaso reducidas.

Presiones anormales en el lado dealta o de baja presión.

Demasiado líquido.

Separador de partículas antigolpede líquido inexistente oestropeado.

Resistencia del cárter delcompresor sin funcionar, quemadao inexistente.

La válvula de expansión estádemasiado abierta, es demasiadogrande o está desgastada.

Inundación del evaporador en elmomento de la parada.

El compresor se encuentra en unlugar demasiado frío.

SOLUCIÓN

Revestir adecuadamente.

Aislar.

Verificar circuito de refrigeración.

Limpiar superficies y aumentarpotencia de intercambio de loselementos.

Ver apartados posteriores.

Purgar.

Instalar dicho elemento o revisarloen caso de existir.

Asegurar su existencia y correctofuncionamiento, revisar correctocalentamiento del cárter antes dereiniciar la instalación.

Revisar su grado de apertura acordeal valor de consigna, su tamañorespecto a los caudales circulantesy su correcto estado.

Instalar válvula de solenoide en lalínea de líquido y temporizar suapertura.

Aislar térmicamente o cambiar suubicación.

551



SÍNTOMA

Elevado consumo de potencia.

Reducido consumo de potencia.

La protección de máximaintensidad se dispara.

CAUSA POSIBLE

El compresor funciona demasiadotiempo. Temperatura decondensación muy elevada. Faltade aceite. Demasiado fluido(condensador inundado). Émboloy otros órganos del compresoragarrotados. Temperatura devaporización muy elevada. Válvulade expansión demasiado abierta.Presencia de aire en el circuito

Motor defectuoso

Falta de fluido. Presión decondensación muy baja. Presiónde vaporización muy baja. Presiónde condensación muy baja ypresión de vaporización muyelevada

Defecto en la parte eléctrica: bajatensión, motor pequeño, cojinetesdel motor con falta de lubricacióno limpieza, dispositivo de máximaintensidad defectuoso, sobrecargaen el motor o falta derefrigeración, mala selección dela bobina de máxima intensidad,masa o cortocircuito en elbobinado del motor, dispositivode arranque del motor defectuoso,contactos defectuosos, correasmuy tensadas.

SOLUCIÓN


Examinar (amperímetro)consumo de corriente y compararpotencia absorbida con potenciagenerada (rendimiento) repararo cambiar motor en caso derelación anormal.


Comprobar tensiones y revisarcaída de tensión en la acometida,aumentar potencia del diseño,lubricar y revisar cojinetes, revisarinterruptor automático,comprobar alta presión de alta yagarrotamiento del motor,comparar intensidad del motor ydel elemento de protección,reparar bobinado, sistema dearranque, contactos o reajustarcorreas.

552



SÍNTOMA

Ruidos

CAUSA POSIBLE

Alta presión en el sistema a causade: válvula de servicio de descargaparcialmente cerrada, parteexterior de condensador sucio uobstruido, temperatura ambienteo del agua de refrigeración muyalta, circulación de aire o agua enel condensador deficiente,irrigadores taponados(condensadores evaporativos),bomba de circulación de agua derefrigeración o ventiladores queno funcionan, aire en el sistema,excesiva carga de refrigerante,condensador pequeño.

El compresor no descansa demodo adecuado sobre sus soportesantivibratorios, éstos no estánseleccionados de un modo acordeal peso y frecuencia del compresoro no se les ha liberado de suelemento de compresión paraembalaje.

El compresor bombea aceite.

Cojinetes defectuosos.

Bielas gastadas.

Silbido.

Alta presión demasiado elevadaen la unidad condensadora.

Alta presión por mala ventilacióno condensador sucio.

SOLUCIÓN

Comprobar válvula de servicio,limpiar parte exterior delcondensador (tuberías de agua,aletas de intercambio,serpentines,...), reubicarcondensador en busca detemperaturas de medios derefrigeración inferiores, mejorarsistema de aportación de aire oagua de refrigeración delcondensador, limpiar irrigadores,revisar estado de sistema de aportede agua o aire de refrigeración delcondensador, purgar aire, revisarcarga de refrigerante, aumentarpotencia de condensador.

Revisar reparto de pesos en lossoportes, características y estadode los mismos.

Comprobar nivel de aceite.

Reconstruirlos (taller).

Desmontar y reparar (taller).

Ajustar tensión o proceder alcambio de las correas. Comprobarnivel de aceite y revisarprensaestopas.

Descargar exceso de refrigeranteo purgar aire existente.

Limpiar condensador.

553



SÍNTOMA

Válvula de expansión termostática.La temperatura de la cámara esdemasiado elevada.

CAUSA POSIBLE

Polea o volante del motor flojos omal alineados entre sí.

Válvulas de descarga o aspiracióndesajustadas o con falta de lubricar.

Vibraciones metálicas.

Caída de presión excesiva a travésdel evaporador.

Falta de subenfriamiento delantede la válvula de expansión.

La caída de presión a través de laválvula de expansión es menor quela caída de presión para la cual laválvula está dimensionada.

Bulbo instalado inmediatamentedetrás de un intercambiador decalor o demasiado cerca de válvulasgrandes, bridas, etc.

La válvula de expansión estáobstruida por hielo, cera u otrasimpurezas.

SOLUCIÓN

Ajustar apriete y verificar alineaciónde elementos.

Reajustar posición, lubricar ocambiar.

Comprobar sujeción de las líneasy existencia de antivibradores.

Sustituir la válvula de expansiónpor una válvula con igualación depresión externa. Ajustar elrecalentamiento de la válvula, encaso necesario.

Controlar el subenfriamiento delrefrigerante delante de la válvulade expansión. Crear un mayorsubenfriamiento.

Controlar la caída de presión através de la válvula. Reemplazar,en caso necesario, el conjunto deorificio y/o la válvula. Ajustar, encaso necesario, el recalentamientode la válvula de expansión.

Examinar la ubicación del bulbo.Situar el mismo lejos de válvulasgrandes, bridas, etc.

Limpiar la válvula de hielo, cera uotras impurezas. Controlar el coloren el visor de líquido (color verdeindica demasiada humedad).Cambiar el filtro secador, siestuviera montado Controlar elaceite en la instalación frigorífica.¿Se ha cambiado o añadido aceite?¿Se ha cambiado el compresor?Limpiar el filtro de impurezas

554



SÍNTOMA

Válvula de expansión termostática.Temperatura de la cámarademasiado alta

Válvula de expansión termostática.La instalación frigorífica tiene unfuncionamiento inestable.

Válvula de expansión termostática.La instalación tiene unfuncionamiento inestable a unatemperatura demasiado alta.

CAUSA POSIBLE

La válvula de expansión esdemasiado pequeña

La válvula de expansión ha perdidosu carga.

Ha habido una migración de cargaen la válvula de expansión.

El bulbo de la válvula de expansiónno tiene un buen contacto con latubería de aspiración.

El evaporador está total oparcialmente escarchado.

El recalentamiento de la válvulade expansión está ajustado a unvalor demasiado pequeño.

La válvula de expansión tiene unacapacidad demasiado grande

El bulbo de la válvula de expansiónestá instalado en un lugarinadecuado, como p.ej. en elcolector de aspiración, tubovertical después de una trampa deaceite o cerca de válvulas grandes,bridas o lugares parecidos.

SOLUCIÓN

Comprobar que la capacidad de laválvula es la adecuada para elevaporador. Cambiar la válvula uorificio por un tamaño mayor.Ajustar el recalentamiento en laválvula de expansión.

Controlar si la válvula de expansiónha perdido su carga. Cambiar laválvula de expansión Ajustar elrecalentamiento en la válvula deexpansión.

Comprobar que la carga de laválvula de expansión es laadecuada. Identificar y subsanar lacausa de la migración de la carga.Ajustar, en caso necesario, elrecalentamiento en la válvula.

Asegurar que el bulbo esté biensujeto a la tubería de aspiración.Aislar el bulbo en caso necesario.

Desescarchar el evaporador, en casonecesario.

Ajustar el recalentamiento en laválvula de expansión

Cambiar la válvula de expansión oel orificio por un tamaño menor.Ajustar, en caso necesario, elrecalentamiento en la válvula deexpansión

Controlar la ubicación del bulbo.Situar el bulbo de manera quepueda recibir una buena señal.Asegurar que el bulbo esté biensujeto a la tubería de aspiración.Ajustar, en caso necesario, elrecalentamiento en la válvula deexpansión.

555



SÍNTOMA

Válvula de expansión termostática.La presión de aspiración esdemasiado alta

Válvula de expansión termostática.La presión de aspiración esdemasiado baja

CAUSA POSIBLE

Paso de líquido: Válvula deexpansión demasiado grande,Ajuste defectuoso de la válvula deexpansión.

La caída de presión a través delevaporador es demasiado grande

Falta de subenfriamiento delantede la válvula de expansión.

El recalentamiento del evaporadores demasiado grande

La caída de presión a través de laválvula es más pequeña que lacaída de presión para la cual laválvula está dimensionada.

El bulbo está situado en un lugardemasiado frío, como p.ej., en unacorriente de aire frío o cerca deválvulas grandes, bridas o similares

La válvula de expansión esdemasiado pequeña.

SOLUCIÓN

Comprobar que la capacidad de laválvula es la adecuada para elevaporador. Cambiar la válvula oel orificio por un tamaño menor.Ajustar, en caso necesario, elrecalentamiento en la válvula deexpansión.

Cambiar la válvula de expansiónpor una con igualación de presiónexterna. Ajustar, en caso necesario,el recalentamiento en la válvula deexpansión.

Verificar el subenfriamiento delrefrigerante delante de la válvulade expansión. Establecer un mayorsubenfriamiento.

Controlar el recalentamiento.Ajustar el recalentamiento en laválvula de expansión.

Verificar la caída de presión a travésde la válvula de expansión. Cambiarel conjunto de orificio y/o laválvula por un tamaño mayor.

Comprobar la ubicación del bulbo.Aislar el bulbo en caso necesario.Situar el bulbo lejos de válvulasgrandes, bridas, etc.

Comprobar que la capacidad de laválvula es la adecuada para elevaporador. Cambiar la válvula oel orificio por un tamaño mayor.Ajustar el recalentamiento en laválvula de expansión.

556



SÍNTOMA

Válvula de expansión termostática.Golpes de líquido en el compresor.

CAUSA POSIBLE

La válvula de expansión estáobstruida por hielo, cera u otrasimpurezas.

La válvula de expansión ha perdidosu carga.

Se ha producido una migraciónde carga en la válvula deexpansión.

El evaporador está total oparcialmente escarchado.

La válvula de expansión tiene unacapacidad demasiado grande.

El recalentamiento de la válvulade expansión está ajustado a unvalor demasiado pequeño.

El bulbo de la válvula de expansiónno tiene un buen contacto con latubería de aspiración.

El bulbo está situado en un lugardemasiado caliente o cerca deválvulas grandes, bridas, osimilares.

SOLUCIÓN

Limpiar la válvula de hielo, cera uotras impurezas. Comprobar elcolor en el visor de líquido (coloramarillo indica demasiadahumedad). Cambiar el filtrosecador, si hay. Controlar el aceiteen la instalación frigorífica ¿Se hacambiado o añadido aceite? ¿Se hacambiado el compresor? Limpiarel filtro de impurezas.

Comprobar la válvula de expansiónpor una posible pérdida en sucarga. Cambiar la válvula deexpansión. Ajustar elrecalentamiento en la válvula deexpansión.

Comprobar la carga de la válvulade expansión. Ajustar, en casonecesario, el recalentamiento enla válvula de expansión

Desescarchar el evaporador, encaso necesario

Cambiar la válvula o el orificio porun tamaño menor. Ajustar, en casonecesario, el recalentamiento dela válvula de expansión.

Aumentar el recalentamiento enla válvula de expansión.

Comprobar la sujeción del bulboa la tubería de aspiración. Aislar elbulbo, en caso necesario.

Controlar la ubicación del bulboen la tubería de aspiración.Cambiar el bulbo a una mejorposición.

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SÍNTOMA

Filtros secadores. El indicador delvisor de líquido muestra amarillo.

Filtros secadores. Capacidad delevaporador insuficiente

Filtros secadores. Burbujas en elvisor de líquido después del filtro.

Filtros secadores. La salida del filtromás fría que la entrada (puedehaber hielo).

CAUSA POSIBLE

Demasiada humedad en el sistema.

Caída de presión excesiva a travésdel filtro.

Filtro obstruido

Capacidad del filtro inferior a lanecesaria.


Filtro obstruído.


Subenfriamiento insuficiente.

Refrigerante insuficiente.


Filtro obstruido.


SOLUCIÓN

Cambiar el filtro secador

Comparar el tamaño del filtro conla capacidad del sistema. Cambiarel filtro secador






Comprobar la causa delsubenfriamiento insuficiente. Noañada refrigerante simplementeporque haya burbujas en el visor.

Cargar el refrigerante necesario.

Comparar el tamaño del filtro conla capacidad del sistema. Cambiarel filtro secador.

Cambiar el filtro secador.

Comparar el tamaño del filtro conla capacidad del sistema. Cambiarel filtro secador.

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SÍNTOMA

Reguladores de presión.Temperatura ambiente demasiadoalta.

Reguladores de presión.Temperatura ambiente demasiadobaja.

Reguladores de presión. Presiónde aspiración inestable.

Reguladores de presión. Presiónde aspiración demasiado alta.

Reguladores de presión. Presiónde cond. demasiado alta en elcondensador enfriado por aire.

CAUSA POSIBLE

El regulador de presión deevaporación está ajustado a unnivel demasiado alto.

Fuga en el fuelle del regulador depresión de evaporación.

El regulador de presión deevaporación está ajustado a unnivel demasiado bajo.

El regulador de presión deevaporación es demasiado grande.

El regulador de capacidad esdemasiado grande.

El regulador de capacidad esdefectuoso o ajustado a un niveldemasiado alto.

El regulador de presión decondensación está ajustado a unapresión demasiado alta.

SOLUCIÓN

Ajustar el regulador de presión deevaporación a una presión másbaja. El ajuste debería ser aprox.de 8 a 10 K más bajo que latemperatura ambiente deseada.Recuerde apretar la cubiertaprotectora después del ajuste.

Aflojar la cubierta protectoralentamente. Si hay presión ohuellas de líquido refrigerantedebajo de la cubierta protectora,significa que el fuelle tiene fugas.

Ajustar el regulador de presión deevaporación a una presión más alta.El ajuste debería ser aprox. de 8 a10 K más bajo que la temperaturaambiente deseada. Recuerdeapretar la cubierta protectora.

Cambiar el regulador de presiónde evaporación por uno máspequeño. Recuerde apretar lacubierta protectora después delajuste.

Cambiar el regulador de capacidadpor uno más pequeño. Recuerdeapretar la cubierta protectoradespués del ajuste.

Cambiar el regulador de capacidad.Ajustar el regulador de capacidada una presión más baja. Recuerdeapretar la cubierta protectoradespués del ajuste.

Ajustar el regulador de presión decondensación a la presión correcta.Recuerde apretar la cubiertaprotectora después del ajuste.

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SÍNTOMA

Reguladores de presión. Presiónde cond. demasiado alta en elcondensador enfriado por agua.

Reguladores de presión. Elregulador de presión de aspiraciónestá fuera de ajuste.

Reguladores de presión. La líneade descarga del compresor estádemasiado caliente.

Reguladores de presión. Latemperatura en el recipiente esdemasiado alta. No haysubenfriamiento del líquido.

CAUSA POSIBLE

El fuelle del regulador de presiónde condensación puede tenerfugas.

El fuelle del regulador de presiónde aspiración tiene fugas.

Posibilidad de fugas en el fuelledel regulador de capacidad.

La cantidad de gas caliente esdemasiado grande.

El regulador de presión derecipiente está ajustado a unapresión demasiado baja.

El fuelle del regulador de presiónde recipiente puede tener fugas.

SOLUCIÓN

Aflojar la cubierta protectoralentamente. Si hay presión ohuellas de líquido refrigerantedebajo de la cubierta protectora,significa que el fuelle tiene fugas.

Aflojar la cubierta protectoralentamente. Si hay presión ohuellas de líquido refrigerantedebajo de la cubierta protectora,significa que el fuelle tiene fugas.Cambiar la válvula

Aflojar la cubierta protectoralentamente. Si hay presión ohuellas de líquido refrigerantedebajo de la cubierta protectora,significa que el fuelle tiene fugas.Cambiar la válvula.

Si es necesario, ajustar el reguladorde capacidad a una presión másbaja. Se puede montar una válvulade inyección en la línea deaspiración.

Ajustar el regulador de presión derecipiente a una presión más alta.También puede ser necesarioajustar el regulador de presión decondensación a una presión másalta.

Aflojar la cubierta protectoralentamente. Si hay presión ohuellas de líquido refrigerantedebajo de la cubierta protectora,significa que el fuelle tiene fugas.Cambiar la válvula

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SÍNTOMA

Válvulas de solenoide. La válvulade solenoide no se abre.

CAUSA POSIBLE

Falta de tensión de la bobina.

Tensión/frecuencia incorrectas.

Presión diferencial demasiado alta.

Presión diferencial demasiadobaja.

Armadura dañada y curvada.

Impurezas en la membrana / elémbolo.

Impurezas en el asiento de laválvula. Impurezas en la armadura/ tubo de la armadura.

SOLUCIÓN

Controlar si la válvula está abiertao cerrada: utilizar un detectormagnético; levantar la bobina ycontrolar si hay resistencia (nuncase debe desmontar la bobina si haytensión, ya que esto puedequemarla). Revisar el diagrama ylas instalaciones eléctricas, loscontactos del relé, las conexionesde cables y fusibles

Comparar los datos de la bobinacon los de la instalación. Medir latensión de la bobina. – Variaciónde tensión permisible: Un 10%superior a la tensión nominal. Un15% inferior a la tensión nominal.Cambiar y montar una bobinacorrecta.

Revisar datos técnicos y diferenciade presión. Sustituir la válvula.Reducir la presión diferencial p.e.la presión a la entrada.

Revisar datos técnicos y diferenciade presión. Sustituir la válvula.Revisar la membrana y/o los arosdel émbolo, y cambiar las diferentesempaquetaduras.

Cambiar los componentesdefectuosos. Cambiar las diferentesempaquetaduras.


Limpiar la válvula. Cambiar laspartes defectuosas. Cambiar lasdiferentes empaquetaduras.

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SÍNTOMA

Válvulas de solenoide. La válvulade solenoide se abre parcialmente.

Válvulas de solenoide. Válvulasolenoide no se abre/ se abreparcialmente.

CAUSA POSIBLE

Corrosión/cavidades.

Falta de componentes después dedesmontar la válvula.

Presión diferencial demasiadobaja.

Armadura dañada o curvada.

Impurezas en el asiento de laválvula.

Impurezas en el asiento de laválvula. Impurezas en laarmadura/tubo de armadura.

Corrosión/cavidades.

Todavía hay tensión en la bobina

El husillo de apertura manual nofunciona.

SOLUCIÓN

Cambiar las partes defectuosas.Cambiar las diferentesempaquetaduras.

Montar los componentes quefalten. Cambiar las diferentesempaquetaduras.

Revisar los datos técnicos y lapresión diferencial de la válvula.Sustituir por una válvula adecuada.Revisar la membrana y/o los arosdel émbolo, y cambiar lasempaquetaduras.





Levantar la bobina y controlar sihay resistencia (nunca se debedesmontar la bobina si hay tensión,ya que esto puede quemarla).Revisar el diagrama y lainstalaciones eléctricas, relés,conexiones de los cables.

Revisar la posición del husillo.

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SÍNTOMA

Válvulas de solenoide. Válvula desolenoide no se abre/se abreparcialmente

Válvulas de solenoide. La válvulasolenoide emite ruidos.

CAUSA POSIBLE

Pulsaciones en la línea de descarga.Presión diferencial demasiado altaen posición abierta. La presión desalida es a veces superior a lapresión de entrada.

Tubo de la armadura dañado ocurvado.

Placa de válvula, membrana oasiento de válvula defectuoso.

Montaje de la membrana o de laplaca de soporte incorrecto.

Impurezas en la placa de la válvula,en la tobera de piloto o en el tubode la armadura.

Corrosión en el orificio o líneapiloto.

Falta de componentes después dedesmontar la válvula.

Ruido de frecuencia (zumbido)

Presión diferencial demasiado altay/o pulsaciones en la línea dedescarga.

SOLUCIÓN

Revisar datos técnicos de la válvula.Revisar presiones y condiciones deflujo. Sustituir por válvulaadecuada. Revisar la instalación engeneral.


Revisar presión y flujo. Cambiar laspartes defectuosas. Cambiar lasdiferentes empaquetaduras.

Revisar el montaje de la válvula.Cambiar las diferentesempaquetaduras.

Limpiar la válvula. Cambiar lasdiferentes empaquetaduras.



La válvula solenoide no es la causa.

Revisar conexionado eléctrico.Revisar datos técnicos. Revisarpresión y condiciones de flujo.Sustituir por una válvula adecuada.Revisar instalación.

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SÍNTOMA

Válvulas de solenoide. Bobinaquemada (bobina fría con tensión)

Válvulas de agua. Presión de cond.demasiado alta – condensadoresenfriados por agua.

CAUSA POSIBLE

Tensión/frecuencia incorrectas.

Cortocircuito en la bobina (puedeser causado por humedades).

La armadura no se desplaza dentrodel tubo: Tubo de armaduradañado o curvado; Armaduradañada; Impurezas en el tubo dearmadura

Temperatura del medio demasiadoalta

Temperatura ambiente demasiadoalta

Pistón o aro del pistón dañado.

La válvula de está ajustada a unapresión demasiado alta. (el caudalde agua es demasiado pequeño).

El filtro de suciedad delante de laválvula de agua está atascado.

SOLUCIÓN

Revisar los datos de la bobina.Cambiar por una bobina correcta.Revisar instalaciones eléctricas.Revisar la variación máxima detensión. - Variación de tensiónpermisible: Un 10% superior a latensión nominal. Un 15% inferiora la tensión nominal.

Revisar las demás instalaciones paracortocircuitos y las conexiones decable. Una vez reparado cambiarla bobina (con el voltaje correcto).Revisar juntas en el tubo dearmadura.

Cambiar las partes defectuosas.Limpiar impurezas. Cambiar lasdiferentes empaquetaduras.

Comparar los datos de la válvula ydel intercambiador con los de lainstalación. Reemplazar la válvulapor otra adecuada.

Cambiar la válvula de ubicación.Incremente la ventilación de laválvula y el intercambiador.


Aumentar el caudal de aguaajustando la válvula de agua a unapresión más baja.

Limpiar el filtro y seguidamentelavar la válvula de agua abriéndolapara un mayor paso de agua (véaselas instrucciones).

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SÍNTOMA

Válvulas de agua. Presión de cond.demasiado baja - condensadoresenfriados por agua.

Válvulas de agua. Presión decondensación oscila(funcionamiento inestable)

CAUSA POSIBLE

El fuelle de la válvula de agua tienefugas.

La conexión del tubo capilar y laválvula de agua y el condensadorestá atascada o deformada.

La válvula de agua está cerrada acausa de un defecto en lamembrana superior.

El caudal de agua es demasiadogrande.

La válvula de agua está abierta acausa de un defecto en lamembrana inferior.

La válvula de agua no cierradebido a suciedad en el asiento dela válvula. El cono de la válvula seagarrota a causa de la suciedad.

La válvula de agua es demasiadogrande.

SOLUCIÓN

Averiguar si el fuelle tiene fugascon un detector de fugas. Cambiarel elemento del fuelle. No debehaber presión en el elemento defuelle durante montaje /desmontaje.

Averiguar si el tubo capilar estáatascado o deformado. Cambiar eltubo capilar.

Comprobar si la membrana estáagrietada. Cambiar la membrana.No debe haber presión en elelemento de fuelle durantemontaje/desmontaje.

Ajustar la válvula de agua a uncaudal de agua más pequeño, esdecir a una presión más alta.

Comprobar si la membrana estáagrietada. Cambiar la membrana.No debe haber presión en elelemento de fuelle durantemontaje/desmontaje.

Comprobar si hay suciedad en laválvula de agua. Cambiar loscomponentes necesarios. No debehaber presión en el elemento defuelle durantemontaje/desmontaje. Montar unfiltro de suciedad delante de laválvula de agua.

Cambiar la válvula de agua por unamás pequeña.

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SÍNTOMA

Presostatos. Presostato de altadesconectado. Atención: Noarrancar el sistema hasta que sehaya detectado y rectificado laanomalía.

Presostatos. El presostato de bajano para el compresor.

Presostatos. Tiempo defuncionamiento del compresordemasiado corto.

Presostatos. La presión de paradadel presostato, en el lado de alta,no coincide con el valor de laescala.

Presostatos. El eje del diferencialde la unidad simple se ha dobladoy la unidad no funciona.

CAUSA POSIBLE

Presión de condensacióndemasiado elevada debido a:superficies del condensador suciasu obstruidas, ventiladoresparados/fallo suministro de aguaFase/fusible, motor de ventiladordefectuosos. Demasiada carga derefrigerante en el sistema. Aire enel sistema.

Ajuste de diferencial demasiadoelevado, el compresor no alcanzala presión de parada.

Ajuste del diferencial en elpresostato de baja demasiado bajo.Ajuste del presostato de altademasiado bajo, es decir,demasiado próximo a la presiónnormal de funcionamiento.Presión de condensacióndemasiado elevada debido a:Superficies del condens. sucias uobstruidas. Ventiladoresparados/fallo sum. de agua.Fase/fusible, motor de ventiladordefect. Demasiado refrigerante enel sistema Aire en el sistema.

El sistema a prueba de fallos en elelemento de los fuelles se activa silas desviaciones hayan sidosuperiores a 3 bar.

Fallo en el funcionam. delmecanismo de volteo, debido aque se ha intentado comprobar elcableado manualmente desde laparte derecha de la unidad.

SOLUCIÓN

Corregir los fallos mencionados.

Incrementar el ajuste del rango oreducir el diferencial

Incrementar el ajuste deldiferencial. Comprobar el ajustedel presostato de alta.Increméntelo si lo permiten losdatos del sistema. Corregir los fallosmencionados.

Cambiar el presostato.

Sustituir el presostato y evitaractualizar comprobacionesmanuales.

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SÍNTOMA

Vibraciones en el presostato de altapresión.

Termostatos. Tiempo defuncionamiento del compresordemasiado corto y temperatura dela cámara demasiado alta. Elsistema funciona con undiferencial de temperaturademasiado elevado.

Termostatos. El termostato noarranca el compresor, aún cuandola temp del sensor sea superior alvalor fijado. El termostato noreacciona cuando se calienta elsensor con la mano.

Termostatos. El compresorcontinúa funcionando aún cuandoel sensor está a una temp. inferioral valor fijado.

CAUSA POSIBLE

Los fuelles llenos de líquido hacenque el orificio de amortiguaciónde la conexión de entrada noactúe.

El tubo capilar del termostato quecontiene la carga de vapor está encontacto con el evaporador, o eltubo de aspiración está más fríoque el sensor: Insuficientecirculación de aire alrededor delsensor del termostato. Latemperatura del sistema cambiatan rápidamente que el termostatono puede acusar los cambios. Eltermostato está montado sobreuna pared fría en el interior de lacámara.

Pérdida total o parcial de la cargadebido a la rotura del tubo capilar.Parte del tubo capilar de untermostato dotado de carga devapor está más frío que el sensor.

Se ha ajustado un termostato concarga de vapor sin tener en cuentalas curvas del gráfico mostradas enla hoja de instrucciones.

SOLUCIÓN

Montar el presostato de modo queel líquido no pueda acumularse enel elemento de los fuelles. Eliminarel flujo de aire frío alrededor delpresostato. El aire frío creacondensación en el elemento delos fuelles. Montar un orificio deamortiguación en el extremo de laconexión de control que seencuentra más alejada delpresostato.

Colocar el tubo capilar de modoque el sensor siempre sea la partemás fría. Buscar una mejorubicación para el sensor, donde elaire circule a mayor velocidad odonde el contacto con elevaporador sea mejor. Utilizar untermostato dotado de un sensor demenor tamaño. Reducir eldiferencial. Asegurarse de que elsensor haga mejor contacto. Aislarel termostato de la pared fría.

Sustituir el termostato y montar elsensor/tubo capilar correctamente.Encontrar un lugar más apropiadopara el termostato, de modo queel sensor esté siempre en la partemás fría. Utilizar un termostatoque incorpore carga de absorción.

Con el ajuste de rango bajo, eldiferencial del termostato es mayoral indicado en la escala.

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SÍNTOMA

Termostatos. Funcionamientoinestable del termostato dotado decarga de absorción.

Termostatos. El eje del diferencialde la unidad simple está dobladoy la unidad no funciona.

CAUSA POSIBLE

Las grandes variaciones en latemperatura ambiente dan lugara una sensibilidad del grado deprotección.

Fallo en el funcionamiento delmecanismo de volteo debido a quese ha intentado comprobar elcableado manualmente desde laparte derecha del termostato.

SOLUCIÓN

Evitar las variaciones detemperatura ambiente cerca deltermostato. Si es posible, utilizarun termostato dotado de carga devapor (insensible a las variacionesde la temperatura ambiente).Sustituir el termostato por otrodotado de un sensor de mayortamaño.

Sustituir el termostato y evitarrealizar comprobaciones manuales.

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10.5. Procedimientos en caso de averías

Una vez se ha verificado cuál es concretamente el elemento causante dela avería, debe procederse a su reparación o recambio. Para ello seránecesario abrir el circuito frigorífico. Vistos ya los problemas que lahumedad puede causar en las instalaciones frigoríficas, debe prestarsela máxima atención para evitar la absorción de agua por parte delrefrigerante.

Conexión del puente de manómetros:

El puente de manómetros es un instrumento necesario en la mayoría delas reparaciones ya que indica el estado del sistema y del gas en su interior,por lo que antes de efectuar cualquier acción debe conectarse en suspuntos de toma correspondientes, teniendo el cuidado de esperar trasapagar el compresor un período de tiempo hasta que el lado de bajapresente cierta presión que evite la absorción de aire exterior en elmomento de conectar el manómetro.

Recogida de refrigerante en el depósito:

Antes de desmontar cualquier componente de la instalación deberecogerse el fluido refrigerante en el depósito de líquido. Ello se consiguecerrando la llave de paso a la salida de dicho depósito y esperando a queel manómetro de baja marque presión nula. En dicho momento se cierrala llave de aspiración del compresor y se para el compresor. Antes deiniciar el desmontaje deberá observarse que la presión nula en el ladode baja se mantiene sin variaciones. En caso de aumentar se repetirá elproceso hasta lograr mantener constante la presión nula.

Fugas:

La presencia de fugas en una instalación frigorífica debe evitarse portodos los medios y si se da el caso de la existencia de alguna, deberepararse de modo inmediato. A través de una fuga:

• Si se presenta en el lado de alta, puede perderse parte del refrigerante,con la importancia que presenta para la instalación la carga justa deeste fluido.

• Si la fuga se presenta en el lado de baja, puede aspirarse aire yhumedad, con todos los problemas que ello acarrea al refrigerantey al lubricante.

Las fugas suelen presentarse en las uniones entre tuberías y accesorios.Las uniones soldadas son mucho menos sensibles a las vibraciones y, porello, se prefieren frente a otro tipo de uniones roscadas. El modo dereparar una fuga suele ser desmontar el elemento en el que se ha

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originado la fuga y sustituirlo por uno nuevo, volviendo a soldar las partespertinentes.

El circuito se debe haber vaciado de refrigerante e independizado delcompresor a través de sus tomas de alta y baja presión, con la ayuda deun puente de manómetros. Para realizar la soldadura en tuberías decobre se hace pasar por el interior del circuito un gas inerte (generalmentenitrógeno) que reemplaza al aire y evita la formación de óxidos en elinterior de las tuberías mientras dura el proceso de soldadura y las altastemperaturas que ello conlleva.

Tras la soldadura se pinta o barniza la zona afectada para evitar futurascorrosiones y se comprueba la estanquidad de la solución.

Una fuga en el prensaestopas del compresor (de tipo abierto) da lugara pérdida de refrigerante y, además, de lubricante, con el aumento delas fricciones y las temperaturas que ello conlleva, pudiendo llegar a larotura de los sistemas mecánicos de la instalación. Este tipo de fugas sepresenta cuando existe falta de lubricante.

La falta de lubricante provoca el rozamiento entre el cigüeñal y el asientodel prensaestopas y se deriva en el rayado de alguna de las dos partes.La fuga no puede repararse “in situ” y deben llevarse ambas piezas ataller para que sean rectificadas y acoplen perfectamente de nuevo,evitando la salida de los fluidos internos de la instalación.

Las válvulas de servicio del compresor son otro punto común de fugas.Su control, sin embargo, es mucho más sencillo y se reduce a montarcuidadosamente la arandela metálica que hace de junta entre la válvulay el tapón, apretar con fuerza el tapón tras las revisiones y comprobarel prensaestopas que hace de cierre entre el vástago de la válvula y elcuerpo de la misma.

Válvulas de aspiración o descarga no estancas:

La falta de estanqueidad de las válvulas de aspiración o descarga de uncompresor se detectan realizando pruebas de rendimiento al compresor.Éstas se realizarán cuando se observe que la potencia frigorífica delsistema ha disminuido, manteniéndose la potencia consumida por lainstalación y que el resto de parámetros de la instalación son correctos(niveles de aceite y de refrigerante, ajustes de los termostatos ypresostatos,...).

Una prueba de rendimiento se realiza instalando un puente demanómetros en las válvulas de servicio de alta y de baja del compresor.Se separa la tubería del evaporador abriendo la válvula de aspiración yse pone en marcha momentáneamente el compresor: la presión deaspiración se reducirá de modo notable. Se para el compresor y se observasi la presión de alta se mantiene constante o si, por el contrario, comienza

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a descender. En caso de que descienda la presión de alta y la presión debaja aumenta de cero, es señal de la pérdida que presentan las válvulasde descarga y las de succión.

Si sólo desciende la alta presión sólo hay fuga en el lado de descarga, ysi no se puede obtener el vacío pero la alta presión permanece constantetras la parada del compresor, la fuga se encuentra en el lado de aspiración.

Identificadas válvulas con fugas debe procederse a su reparación.Desmontando la culata del motor y el plato de válvulas se accede a lasválvulas de aspiración y descarga. La superficie de las válvulas muestrainformación sobre la causa de su rotura:

• Si no presenta aceite, es la falta de lubricación la que ha provocadoel desgaste del elemento.

• La presencia de humedad se denota por la existencia de una sustanciagomosa negra.

• Si aparece carbonilla ha habido un sobrecalentamiento de algunaparte del compresor y el lubricante se ha quemado.

Las válvulas se reparan mejorando las superficies de contacto entre ellasy el cuerpo del compresor de modo que no quede oquedad a través dela cual se filtre el refrigerante. Un pulido especial de ambas superficiessuele ser suficiente para asegurar de nuevo la estanqueidad.

Averías en las válvulas de expansión:

Válvulas de expansión automáticas.

La presencia de partículas extrañas entre orificio y actuador del elementoes la causa más común de fallo de este tipo de válvulas.

Para tratar de eliminar estos elementos del asiento de la válvula puedesometerse al elemento a una corriente extra de refrigerante que tratede arrastrarlos. Para ello se cierra la válvula de salida del recipiente delíquido, se abre la válvula de expansión al máximo y se abre la válvuladel recipiente, con la intención de que el colapso de la corriente defluido con las partículas las elimine de su ubicación.

Si tras la actuación se repone el funcionamiento normal de la instalaciónse habrá eliminado el problema y habrá que limpiar el filtro de la válvulade expansión o cambiarlo por otro más eficaz.

Otra causa común de mal funcionamiento de una válvula de expansiónautomática es la presencia de humedad en el refrigerante que se congelaentre actuador y orificio taponando la sección de paso, total o parcialmente.

Para averiguar si es la presencia de hielo lo que causa la avería delelemento, se para el compresor esperando a que aumente la temperaturade la válvula de modo que se deshiele el agua. Se pone de nuevo en

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funcionamiento el compresor y durante un periodo de tiempo (hastaque se vuelva a formar el hielo sobre la válvula) el funcionamiento dela instalación será normal, para volver a presentar problemas cuando lahumedad vuelve a solidificar.

Para capturar la humedad deberá vaciarse la instalación de refrigerante,cambiarlo o someterlo a un proceso de deshumidificación, o instalar unfiltro deshidratador en el sistema.

Si no se soluciona el problema habrá que desmontar la válvula y examinarladetenidamente para averiguar la causa de su mal funcionamiento.

Válvulas de expansión termostáticas.

Este tipo de válvulas presentan los mismos problemas que las vistas enel apartado anterior. Además, debe tenerse en cuenta que elfuncionamiento incorrecto del elemento puede deberse a una malaubicación del bulbo sensor que sirve de comando a la actuación de laválvula.

La ubicación del bulbo debe realizarse en un punto significativo delrecinto refrigerado, donde no pueda verse afectado por fenómenospuntuales que alteren las condiciones internas, ni por la cercanía delevaporador.

Humedad en el sistema:

Los métodos para eliminar la humedad en las instalaciones frigoríficasse reducen a la instalación de filtros secadores y al vaciado de las mismasde sus fluidos refrigerante y lubricante para limpiar tanto estos fluidoscomo la instalación en sí, sometiéndola a barridos con aire caliente, gasesinertes y formación de vacío en su interior.

Del párrafo anterior se deduce la dificultad y el coste que puede acarrearextraer la humedad de un sistema. Hay que evitar la entrada de humedaden la instalación y su absorción por parte de los fluidos internos

Aire en el sistema:

El aire (aparte de que aporta humedad) es un gas incondensable y causaaumento de presión en la instalación y debe purgarse cuando se detectasu presencia. Para purgar el aire de una instalación frigorífica se instalaun latiguillo de conexión flexible en la válvula de servicio de alta, se poneen funcionamiento el compresor y se abre dicha válvula.

El latiguillo debe haberse conducido a un espacio abierto (de modo quela pequeña cantidad de refrigerante que pueda escaparse no cree unaatmósfera perjudicial en la instalación (no proceder de este modo si elrefrigerante perjudica la capa de ozono)). Debe controlarse la temperaturadel recipiente de líquido, cuando comience a descender implica que el

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refrigerante en su interior se está vaporizando y que el aire ha sidoexpulsado del sistema, pudiendo cerrar ya la válvula de descarga delcompresor.

Problema mecánico en el compresor:

En muy pocas ocasiones, un problema mecánico en el compresor nopuede ser arreglado en la instalación, sino que precisa que sea llevadoal taller o enviado al fabricante para que proceda a su reparación.

En primer lugar, debe anularse la alimentación eléctrica al equipo,abriendo su interruptor de alimentación. A continuación, se compruebaque efectivamente sus bornas de alimentación están libres de tensión yse procede a su desconexión eléctrica. Se cierran las llaves de serviciodel compresor y se vacía el refrigerante y aceite que pueda contener ensu interior. El compresor ya está listo para ser transportado.

Una vez arreglado, el compresor se ubica de nuevo en su lugarcorrespondiente, se conecta al circuito, se crea el vacío en su interior,se llena de lubricante, se conecta eléctricamente a su línea de alimentación,se cierra su interruptor y se abren de nuevo las válvulas de servicio,recargando la cantidad necesaria de refrigerante.

Compresor quemado:

Además de las operaciones anteriores y teniendo en cuenta que en estecaso el compresor suele resultar irreparable, por lo que habrá que instalarun nuevo compresor, además se debe proceder a la limpieza de lainstalación, del refrigerante y del aceite.

Hay que limpiar tuberías y accesorios, incluyendo los filtros de todos loselementos. La quema de un compresor suele acarrear producción deácidos por las altas temperaturas generadas en presencia de aceite. Elaceite y el refrigerante pueden tratar de recuperarse si la contaminaciónno ha resultado muy elevada, o puede optarse por su eliminación si losanálisis a los que se someten así lo indican.

Limpieza de un circuito:

Muchas de las reparaciones de una instalación conllevan una limpiezageneral del circuito. Antes de proceder a la limpieza propiamente dicha,deberá conocerse la naturaleza de los contaminantes a eliminar.

La limpieza de instalaciones frigoríficas se realiza por disolución delcontaminante en otro líquido que somos capaces de eliminar. Se utilizaráuno u otro disolvente en función de lo que se desea eliminar: agua,humedad o hidratos, aceites y ácidos.

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La limpieza se efectúa por tramos. Con el circuito vacío de refrigerantese procede a:

• Desconectar el compresor.

• Desconectar las válvulas de expansión y regulación.

• Desconectar el filtro deshidratador.

• Desconectar elementos como el evaporador y el condensador parasectorizar la limpieza.

• Limpiar los elementos singulares con disolvente y dejar secar.

• Los tramos de circuito se someten sucesivamente a un barrido dedisolvente presurizado con un gas inerte (generalmente nitrógeno):

- Por una parte, se conecta la botella con el nitrógeno a presión yel disolvente y por el otro extremo se conecta a un depósito orecipiente de recogida de los residuos.

- Se abre la descarga de disolvente hasta que en el recipiente serecoja disolvente limpio.

- Se cierra la descarga y se realiza un segundo barrido únicamentecon nitrógeno, para eliminar el resto de disolvente.

• Cuando se ha realizado la limpieza de todos los elementos, se vuelvena conectar, se realiza el vacío, se carga de refrigerante y se pone denuevo en funcionamiento.

10.6. Puesta en marcha de una instalación frigorífica

Una vez terminado el montaje de la instalación, se revisará la correctaconexión y ubicación de todos los elementos, y se procederá a realizarlas pruebas de puesta en marcha, en el siguiente orden:

• Prueba de fugas.

• Purga.

• Creación de vacío.

• Llenado del sistema de refrigerante y lubricante.

Prueba de fugas:

La detección de fugas se realiza tanto cuando se pone en marcha lainstalación por vez primera como en las controles de mantenimientorutinario. Se realiza con la instalación a presión y cargada.

Como primera comprobación de estanqueidad debe hacerse una cargacon nitrógeno y comprobar la permanencia de la carga en la instalacióna la máxima presión de trabajo durante el tiempo estipulado. Si se

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produce un descenso en la presión es síntoma de que existe alguna fugay para detectarla se utiliza agua jabonosa.

Tras revisar la instalación con nitrógeno se procede a realizar la pruebacon el fluido refrigerante que se usará en el funcionamiento normal. Laprueba se llevará a cabo con una pequeña cantidad de refrigerante:

• Se cierra la válvula de salida del recipiente de líquido.

• Se comprueba que la válvula de aspiración del compresor está cerrada,se quita su tapón de seguridad y se conecta el puente de manómetrosen posición de carga. Se conecta la botella al puente y se purga elaire contenido en el latiguillo a través de la conexión del manómetro.

• Se abre la botella de carga y se abre la válvula de aspiración de modoque se cierre el paso de gas hacia el evaporador pero se permite supaso hacia el compresor.

• Se enciende el compresor procurando, con la abertura de la botellade carga, que la presión no descienda por debajo de la presiónatmosférica y se carga una pequeña cantidad de gas.

• Se cierra la válvula de alimentación de la botella, se desconecta elpuente de manómetros, se para el compresor y se pone la válvula deservicio de aspiración en posición de funcionamiento normal.

• Se hace la comprobación de fugas en el lado de alta (compresor,condensador y depósito de líquido).

• Se abre momentáneamente la válvula de salida del depósito paradejar pasar una pequeña cantidad de fluido y se comprueba laexistencia de fugas en el lado de baja (línea de líquido, válvula deexpansión, condensador y línea de aspiración).

Cuando se trabaja con clorofluorocarbonados, la detección se realizamediante agua jabonosa, lámpara halógena, detectores electrónicos,colorante, o aditivo fluorescente y lámpara de rayos ultravioleta.

En el caso de fluorocarbonados, se usa agua jabonosa, detectoreselectrónicos específicos para el fluido utilizado o aditivo fluorescente ylámpara de rayos ultravioleta.

Para el amoníaco, dado su fuerte e inconfundible olor, el olfato sirve deprimer detector ante fugas. Una mecha azufrada, agua jabonosa o detectorelectrónico son usados también para detectar pequeñas fugas.

La búsqueda de fugas consiste en recorrer toda la longitud de la instalacióncon el detector, haciéndolo pasar por todo el perímetro exterior de loselementos.

• Lámpara halógena: se acompaña de una pequeña botella de butanoque produce una llama y calienta una lámina de cobre hasta que se

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torna roja. La llama es de color azul y se vuelve verde en presenciade fluido halogenado. La capacidad de detección de este sistema esbastante limitada.

• Agua jabonosa: con la ayuda de un pincel se unta la superficie de loselementos y se observa si aparecen burbujas. Sólo detecta grandesfugas.

• Colorantes y aditivos fluorescentes: algunos refrigerantes se suministrancon un aditivo colorante que permite la detección de fugas cuandose producen, dejando trazos de colores fácilmente visibles. Loscolorantes, sin embargo, suelen ser capturados por los filtrosdeshidratadores, no siendo recomendables si existe este elementoen la instalación. Los aditivos fluorescentes son mezclas de aceite yelementos de origen orgánico que tienen la propiedad de lafluorescencia cuando son alumbrados con luz de este tipo.

• Detectores electrónicos: existen de muy variados tipos y su capacidadde detección llega hasta fugas de 0,1g de refrigerante por año. Hayversiones de taller, portátiles y para instalar de modo fijo en lainstalación frigorífica.

Purga:

Si durante la prueba de fugas ha entrado refrigerante líquido en la zonade baja presión debe purgarse, abriendo al exterior la válvula de aspiracióndel compresor de modo que salga el aire retenido y el refrigerante enforma líquida.

Creación de vacío:

Se crea el vacío en la instalación para extraer todo el aire y humedadque pueda contener. Para ello se conecta un puente de manómetros enlas válvulas de servicio del compresor. En la tercera salida del puente seconecta una bomba de vacío con un vacuómetro que controle la depresiónalcanzada en el interior del circuito.

La presión a alcanzar debe ser inferior a la tensión del vapor de aguacorrespondiente a la temperatura más baja del sistema.

El tiempo de vaciado dependerá del tamaño de la instalación y de lacapacidad de la bomba de vacío.

Durante la operación puede ser necesario calentar ciertas partes delsistema para evitar que el vapor de agua se transforme directamente enhielo e imposibilite su eliminación.

La instalación debe ser capaz de mantener el vacío antes de proceder ala carga de refrigerante, mostrando así la inexistencia de fugas.

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Carga de refrigerante:

Esta operación se realiza en la puesta en marcha de la instalación (si elcompresor no viene cargado) o cuando ha descendido el nivel de fluido.

• Se conecta el puente de manómetros.

• Se cierra la válvula de salida de líquido del recipiente dealmacenamiento.

• Se conecta la botella o cilindro de carga al puente y se purgan deaire los latiguillos de conexión. Se llena la cantidad necesaria derefrigerante según el procedimiento descrito en el apartado dedetección de fugas. La cantidad necesaria vendrá marcada por:

- La capacidad del cilindro de carga.

- Por el peso necesario a introducir según las características de lainstalación y que será controlado a través de una báscula deprecisión durante la carga.

• Finalizada la carga, se cierra la llave de la botella o cilindro de carga,se para el compresor y se desconecta el puente de manómetros. Acontinuación se sitúan las válvulas de aspiración y de descarga enposición de servicio y la instalación está lista para entrar enfuncionamiento.

Carga de lubricante:

Los compresores suelen suministrarse con la carga necesaria de aceite.Periódicamente será necesario proceder a su recarga.

Existen compresores dotados de tapón de carga de aceite. En este casola operación de carga consiste en cerrar la válvula de aspiración y mantenerla parte de baja a presión atmosférica mientras se quita el citado tapóny se introduce la cantidad de necesaria de lubricante.

Otros compresores no incorporan tapón de carga de aceite. En ese casose conecta un puente de manómetros, se cierran las válvulas de aspiracióny de descarga del compresor y la de salida del recipiente de líquido. Sepone en marcha el compresor y se genera cierta cantidad de vacío (enfunción de la cantidad de aceite a introducir). En el lado de aspiraciónse conecta un latiguillo introducido en un recipiente cerrado con mayorcantidad de aceite que la que necesita la instalación. Abriendo la llavedel latiguillo, la depresión causará que la instalación absorba el aceitedel recipiente. Cuando se alcance el nivel óptimo de aceite, se cierra lallave del latiguillo, se desconecta el puente de manómetros y se dejantodas las válvulas en posición de servicio.

En instalaciones nuevas, la puesta en funcionamiento supone un consumode lubricante superior a lo normal ya que se lubrican por vez primera

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muchos de los componentes de la instalación. Es normal que el nivel deaceite se reduzca de modo considerable y es muy importante reponerlocuidadosamente durante las primeras semanas de funcionamiento.

10.7. Mantenimiento

Como se comentó al inicio del capítulo, no hay más modos de evitar lasaverías que con un minucioso plan de mantenimiento preventivo quesea capaz de anticiparse a la aparición de los problemas, conservandolas instalaciones en perfecto estado de funcionamiento.

Las tablas de averías presentadas en el punto 1.5.10.4 mencionan lascausas posibles de aparición de cada una de las averías. Un mantenimientopreventivo debe actuar sobre la instalación para que no aparezcan estascausas.

Para comprobar el correcto funcionamiento de la instalación habrá querepasar la siguiente lista de puntos:

• Presión de parada y puesta en marcha del compresor.

• Presión de alta funcionando el compresor.

• Temperatura de parada y puesta en marcha del compresor.

• Presión media de funcionamiento.

• Desescarche total del evaporador en una operación de desescarche.

• Correcto estado de las válvulas de aspiración y descarga.

• Comprobar la tensión de las correas y su estado.

• Correcta alineación de la polea del motor en el volante.

• Correcto estado de los cojinetes.

• Nivel de refrigerante.

• Nivel de aceite.

• Limpieza del condensador de aire.

• Correcto estado de la válvula de expansión.

• Repasar y limpiar los contactos eléctricos en las unidades abiertas, oel sistema eléctrico en las unidades herméticas o semiherméticas.

• Comprobar estado de los interruptores automáticos, diferenciales ofusibles.

Un plan de mantenimiento más detallado se desarrolla a continuación:

Mantenimiento eléctrico:

• Medidas a efectuar:

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- Aislamiento respecto a tierra.

- Tensión entre fases.

- Intensidad por fase.

• Controles en los cuadros eléctricos:

- Comprobación de la protección general.

- Intensidad de derivación a tierra que hace actuar a la proteccióndiferencial.

- Ajuste de relés térmicos.

- Revisión de relojes, programadores y temporizadores.

- Revisión de alarmas y pilotos indicadores.

- Revisión de la correcta transmisión de fallos.

- Revisión del adecuado apriete de todas las conexiones y terminales.

Mantenimiento frigorífico:

• Tuberías:

- Revisar la correcta sujeción de todos los tramos, quedandoaccesibles y sin posibilidad de vibraciones.

- Revisar aislamiento térmico.

- Mantenimiento de las pendientes necesarias que posibilitan elretorno del aceite al compresor.

- Revisar el estado del recipiente de líquido.

- Control de la velocidad del fluido en varios puntos para verificarque no se están produciendo deposiciones en el interior de lastuberías que reduzcan la sección de paso.

- En caso de aparición de corrosiones, averiguar causa, cepillar laszonas afectadas y pintarlas tras descartar la presencia de fugas.

- Revisar el correcto estado de todas las válvulas y elementos decorte, y que siguen siendo operativos.

- Control de fugas.

• Conductos de evacuación de condensados:

- Revisar estado de sifones: presencia de agua, ausencia dedeposiciones,...

- Revisar que las conducciones mantienen sus pendientes necesarias.

• Compresores:

- Control de arranque en condiciones normales de funcionamiento.

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- Medida del nivel y de la acidez del aceite.

- Control de estanquidad en válvulas de servicio y prensaestopas.

- Control de presiones de aceite y del presostato diferencial deaceite.

- Resistencia de calentamiento del cárter.

- Ausencia de ruidos y vibraciones.

- Control de temperatura de la culata.

- Control y ajuste de la regulación de potencia.

- Mantenimiento de la presión de condensación.

- Presiones y temperaturas de aspiración y de descarga.

- Revisar el correcto ajuste de los presostatos de alta y baja.

- Medición de los tiempos de funcionamiento y números dearranque.

- Limpieza y revisión del separador de aceite a la salida del compresor.

• Condensadores:

- Asegurar ausencia de incondensables en la instalación.

- Control del subenfriamiento.

- Control de la temperatura de entrada y de salida del fluido deenfriamiento.

- Medición del caudal de aire o agua.

- Condensadores enfriados por aire.

- Limpieza y enderezamiento de las aletas. Para la limpieza seemplean chorros de aire comprimido o nitrógeno a presiónen las unidades exteriores, y agua a presión también en lasexteriores y en las interiores dotadas de desagüe.

- Entrada y salida de aire.

- Ventiladores.

- Funcionamiento de las compuertas de regulación.

- Nivel de ruidos.

- Corrosiones.

- Condensadores enfriados por agua perdida.

- Estado de incrustaciones.

- Verificación y ajuste de las válvulas de agua presostáticas.

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- Condensador enfriado por agua con torre de recuperación:

- Estado de incrustaciones del condensador.

- La limpieza de estos condensadores consiste en ladesincrustación de todos los materiales adheridos a las paredesde las tuberías.

- La desincrustación se realiza con agentes químicos como elácido clorhídrico, aunque el agente concreto dependerá dela naturaleza de las incrustaciones y del material componentedel condensador.

- Se realizará un enjuague total del elemento con agua tras laaplicación del desincrustante.

- Para evitar las incrustaciones se debe usar agua derefrigeración tratada químicamente.

- Estado de la bomba de recirculación.

- Control del drenaje de desconcentración.

- Medida del título hidrométrico.

- Control de los depósitos de algas en la balsa de la torre.

- Estado del separador de partículas de agua.

- Estado de la plataforma de distribución de agua

- Ventilador.

- Batería anti-hielo.

- Nivel de ruidos y penachos de vapor.

- Tratamiento de agua.

- Corrosiones.

• Evaporadores:

- Control del recalentamiento.

- Control del distribuidor.

- Temperatura de entrada y salida del fluido enfriado.

- Revisión de la válvula de presión constante.

- Evaporador enfriador de aire:

- Estado de incrustaciones.

- Entrada y salida de aire.

- Ventiladores.

- Control del desescarche y ajuste.

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- Circulación de condensados.

- Nivel de nidos.

- Control de los cordones calefactores de las puertas.

- Corrosiones.

- Caudal de aire.

- Evaporadores enfriadores de agua:

- Estado de ensuciamiento y de incrustaciones.

- Bomba.

- Termostato anti-hielo.

- Caudal de agua.

• Línea de líquido:

- Comprobación de la ausencia de humedad en el fluido.

- Control de la temperatura de la línea de líquido, para disminuirla formación de hielo instantáneo por expansión.

- Revisar ausencia de burbujas en el visor de líquido.

- Válvula solenoide.

- Corrosiones.

• Motores eléctricos y sus acoplamientos:

- Fijación de los motores.

- Cojinetes, rodamientos.

- Arranque, órganos anexos.

- Fijación de las poleas.

- Alineación de los acoplamientos.

- Tensión y uso de las correas.

- Temperatura de la carcasa.

• Locales técnicos:

- Accesos sin obstáculos.

- Ventilación.

- Alumbrado de emergencia.

- Extintor.

- Etiquetado de todos los elementos.

- Estado de limpieza tanto del local como de las partes exterioresde los componentes de la instalación.

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• Filtros de aire: Existen filtros de aire de tipo lavable y de tipo desechable,según corresponda deberá

- Limpieza.

- Recambio.

10.8. Documentación relacionada

Para poder realizar el adecuado mantenimiento de una instalaciónfrigorífica es imprescindible tener documentada todas las característicastécnicas de la misma.

Del ciclo frigorífico hay que conocer todos sus parámetros de diseño:

• Presiones y temperaturas de alta y de baja.

• Sobrecalentamiento y subenfriamiento que debe sufrir el refrigerante.

• Presiones y temperaturas de arranque y paro de la instalación.

Del compresor se debe conocer:

• Tipo y capacidad.

• Tensiones e intensidades de funcionamiento en las condiciones dediseño.

• Potencia eléctrica consumida en las condiciones de diseño.

• Curvas de rendimiento y de potencia ante distintos regímenes decarga.

• Presiones máximas y mínimas de funcionamiento.

• Lubricantes que pueden ser usados.

En cuanto al refrigerante y al lubricante:

• Denominaciones y composiciones.

• Compatibilidad con los distintos tipos de lubricantes/refrigerantes.

• Grados de toxicidad e inflamabilidad.

• Precauciones de manutención y almacenamiento.

• Modo de carga y descarga de la instalación.

• Posibilidades de reciclaje, reutilización, recuperación y modo deeliminación de acuerdo a normativa vigente.

Del evaporador y del condensador:

• Tipo y capacidad de intercambio.

• Necesidades de mantenimiento y modos de limpieza.

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De los elementos de control y regulación:

• Tipo.

• Ajustes de diseño.

• Necesidades de mantenimiento.

Hojas de mantenimiento:

Las hojas de mantenimiento componen, a parte de las herramientas yutillaje, el material de trabajo de todo mantenedor frigorista. En ellas seencuentran todas las medidas y controles que debe realizar el técnico alvisitar la instalación.

Contienen una serie de huecos donde el mantenedor debe ir anotandolas medidas de las diferentes magnitudes que va tomando “in situ”:presiones y temperaturas del refrigerante en distintas partes del ciclo,temperatura en el interior del recinto refrigerado, caudales y temperaturasdel agua y/o aire de refrigeración,...

Contienen además una relación con las comprobaciones que debenrealizarse sin que de su ejecución se derive anotación numérica alguna,como son: revisar ausencia de fugas o corrosiones en puntos críticos,adecuada lubricación de las partes móviles visibles, adecuados niveles derefrigerante y de lubricante,...

Las hojas de mantenimiento, aunque poseen una base común para todaslas instalaciones, se concretan para cada instalación ubicando y ordenandotodos los datos de modo que el orden en el que aparecen en las hojases el orden en el que se debe realizar la revisión, teniendo en cuentapara ello la ubicación de los elementos a controlar.

10.9. Medidas de seguridad

En el mantenimiento de instalaciones frigoríficas se debe prestar especialatención por la presencia de:

• Riesgos eléctricos.

• Riesgos originados por la existencia de refrigerantes tóxicos oinflamables.

• Riesgos originados en la ejecución de soldaduras.

• Riesgos originados por la presencia de depósitos y elementos a presión.

• Riesgos originados por la presencia de elementos a altas y bajastemperaturas.

Riesgos Eléctricos:

En una instalación frigorífica existen muchos elementos alimentados

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con energía eléctrica a diferentes tensiones y, sobre todo el compresor,con gran capacidad de absorción de energía.

Los elementos de protección frente a contactos indirectos deben sertesteados periódicamente para evitar que partes de la instalación que nodeban estar en tensión, lo estén por la presencia de alguna avería eléctricaen el sistema y produzcan una descarga peligrosa a quien manipule dichoelemento.

Cuando se revisa el interior de los elementos de la instalación conalimentación eléctrica, se debe desconectar su interruptor de alimentacióny comprobar, con el empleo de voltímetros, que la tensión se ha eliminadoefectivamente.

Riesgos originados por la existencia de refrigerantes tóxicos o inflamables:

Según la clasificación del refrigerante, el local donde se ubica la instalaciónfrigorífica puede tener la clasificación de local de atmósfera especial oatmósfera explosiva. En estos casos, la instalación eléctrica asociada alsistema frigorífico debe reunir las características de antideflagrante.

En su interior habrá que tener la precaución de no producir ni introducirmateriales o elementos que puedan producir chispas.

En las cercanías de los accesos deben estar disponibles máscaras antigásque permitan su utilización en caso de fugas.

Riesgos originados en la ejecución de soldaduras:

Durante los procesos de soldadura deben protegerse la vista (ante laemisión de radiaciones lumínicas de gran intensidad), las vías respiratorias(por la generación de gases contaminantes) y todas las partes del cuerpoque puedan entrar en contacto con las piezas calientes.

En función del tipo de soldadura que se vaya a realizar, la protecciónvisual tendrá unas u otras características.

En cuanto a la producción de gases contaminantes, la soldadura deberárealizarse en lugares bien ventilados o dotar la zona de una extracciónlocalizada que asegure que los vapores producidos no queden libres enla atmósfera interior.

En algunos tipos de soldadura se utilizan gases altamente inflamables,almacenados a presión en el interior de botellas portátiles. La salida delos conductos de alimentación al soplete debe estar convenientementeprotegida con dispositivos antirretorno de llama, que impidan ladeflagración instantánea de su contenido ante un mal funcionamientodel soplete. Estos dispositivos se deben revisar periódicamente.

Si la soldadura es eléctrica deberá testearse el sistema de protecciónfrente a contactos y frente a sobretensiones del equipo, y eliminar la

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posibilidad de que se transmitan tensiones a personas o componentesde la instalación cuando se conecten los electrodos.

Las zonas de soldadura deben rodearse adecuadamente con pantallasignífugas que sirvan de barrera a las chispas que puedan producirse.

Riesgos originados por la presencia de depósitos y elementos a presión:

Tanto en la instalación en sí como en la manipulación de refrigerantes,lubricantes, gases inertes, gases de soldadura,... se trabaja con recipientesa presión. Deben tomarse todas las medidas oportunas para que no seproduzcan sobrepresiones en su interior que podrían desembocar enexplosiones.

En la instalación es preceptiva la colocación de presostatos de seguridaden todos los elementos del lado de alta, que actúen cortando laalimentación al compresor para que éste no continúe impulsando gas.

En cuanto a los recipientes, deben ser almacenados en lugares frescosy no dejarlos expuestos al sol largos periodos de tiempo. Deben estartimbrados a presiones superiores a las de los elementos que contieneny debe evitarse la posibilidad de que reciban cualquier golpe.

Riesgos originados por la presencia de elementos a altas y bajastemperaturas:

En las instalaciones frigoríficas existen partes a muy altas y muy bajastemperaturas. Todos los elementos no intercambiadores de calor o queprecisen una disipación de calor, deben estar convenientemente aisladostérmicamente para evitar quemaduras producidas por el contactofrío/calor y para evitar la pérdida energética que supone las pérdidas defrío/calor a través de esas superficies.

Los elementos intercambiadores, y aquéllos que precisen disipar calor,deben instalarse de modo que se dificulte el acceso accidental a sus partesfrías o calientes.

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RESUMEN

Los principales equipos y materiales descritos en la unidad didáctica son:

• Compresores :

- Definición: El compresor funciona como una bomba que hacecircular el refrigerante en el circuito de refrigeración. El compresoraspira los vapores producidos por la evaporación del fluidofrigorígeno en el evaporador a una presión débil, correspondientea las condiciones de funcionamiento, y descarga en el condensadora una presión suficientemente alta para que el fluido condensea la temperatura de las fuentes naturales (aire, agua).

- Tipos:

Compresores alternativos ordinarios.

Funcionamiento de un compresor alternativo ordinario.

Compresores alternativos especiales.

Compresores rotativos.

Compresores de desplazamiento positivo.

Compresores centrífugos.

• Evaporadores :

- Definición: El evaporador es el elemento productor de frío de lainstalación frigorífica.

- Tipos:

- Tipos de evaporadores según el método de alimentación delrefrigerante.

- Tipo de evaporadores según el tipo de construcción.

- Tipos de evaporadores según el procedimiento de circulacióndel aire.

- Tipos de evaporadores según su aplicación.

• Condensadores :

- Definición: El condensador es el componente del equipo frigoríficoencargado de licuar los vapores de refrigerante, a alta presiónprocedente del compresor, su fin esencial consiste en el traspasodel flujo calorífico del fluido frigorígeno, al medio ambiente.

- Tipos:

- Condensadores enfriados por agua.

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- Condensadores evaporativos.

- Condensadores enfriados por aire.

• Los distintos dispositivos de seguridad y regulación

- Dispositivos de regulación y control.

- Dispositivos de seguridad.

- Dispositivos eléctricos y electrónicos de seguridad y control.

• Torres de Refrigeración

- Funcionamiento: En las torres de refrigeración se consiguedisminuir la temperatura del agua caliente mediante transferenciade calor y de materia al aire que circula por el interior de la torre.El agua es pulverizada a través de una corriente de aire y partede esta agua, si la humedad relativa del aire circulante es reduciday la temperatura del agua bastante elevada, se evapora. Paraevaporarse el líquido necesita cierta cantidad de calor que robaen parte del aire circulante y, mayoritariamente, de las gotas deagua que tiene a su alrededor. Las gotas no evaporadas vanenfriándose a medida que cierta parte del agua continúaevaporando. Finalmente las gotas no evaporadas se recogen enel fondo de la torre desde donde comienzan de nuevo el ciclo deenfriamiento al ser impulsadas al condensador.

- Tipos:

- Torres de circulación natural

Torres atmosféricas.

Torres de tiro natural.

- Torres de tiro mecánico

Torres de tiro natural asistido.

Torres de tiro mecánico.

- Otras clasificaciones:

Según el flujo relativo aire y agua: torres con flujo cruzadoo en contracorriente.

Según la forma en que el agua es distribuida: relleno laminaro de goteo.

• Elementos auxiliares de los sistemas frigoríficos y sus funciones:

- Silenciadores, amortiguar ruidos.

- Receptor de líquido: almacena el refrigerante en estado líquidocon el fin de asegurar la compensación de las variaciones devolumen de fluido del circuito.

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- Acumulador de succión: evita la entrada de refrigerante en estadolíquido al compresor y/o aceite líquido.

- Separadores de aspiración: separador de aceite que llevaincorporado un serpentín donde se intercambia calor entre ellíquido caliente y la aspiración fría.

- Separadores de aceite: su función es separar el aceite lubricantedel compresor del refrigerante antes de que entre a otroscomponentes del sistema.

- Sistemas de retorno de aceite a los compresores. En la parte altadel separador de aceite y conectada al tubo de aspiración se instalauna válvula tarada que mantiene la diferencia de presión entreel depósito de aceite y el cárter del compresor y garantiza la vueltadel aceite al cárter.

- Filtro deshidratador: el refrigerante y el aceite deben mantenerselibres de contaminantes y humedad a lo largo de todo el ciclo,durante el funcionamiento y para asegurar el funcionamientoóptimo se debe recoger y almacenar suciedad y humedad mediantefiltros.

- Pre-enfriador, Para enfriar el gas de descarga del compresor yvolver a enviarlo a éste como medida de protección contrasobrecalentamientos del motor y para reducir el consumo deenergía se emplean tubos de cobre en forma de U o parte de latubería de refrigeración del condensador.

- Indicadores de líquido humedad: el indicador de líquido yhumedad es un dispositivo que revela la presencia de exceso dehumedad y permite comprobar la circulación de refrigerantelíquido a través del visor.

- Intercambiadores de calor: permiten la transmisión de calor entrela tubería de líquido (fluido caliente) y la tubería de aspiración(fluido frío).

- Purgadores: los circuitos de fluido frigorígeno y especialmentelas instalaciones que trabajan a presiones inferiores a la atmosférica,contienen en servicio gases no condensables (aire, compuestosgaseosos liberados por aceites…), que originan un aumento enla presión de descarga.

- Drenaje: las tuberías y bandejas de drenaje se instalan con el finde conducir y evacuar los condensados y goteos del evaporador.

- Cilindro de carga: para el llenado de refrigerante a los compresoresherméticos y semiherméticos se emplean cilindros de carga; setrata de un dispositivo graduable para cada tipo de refrigerante

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que dispone de un manómetro, válvula de seguridad y válvula decarga.

- Equipos de vaciado y de carga.

- Suministro de energía y cableado de enlace.

• Los materiales empleados en las instalaciones frigoríficas son:

- Tuberías de cobre en rollos, rígidas y capilares.

- Tuberías de acero, con y sin soldadura.

- Uniones, manguitos, conexiones y elementos de fijación.

- Soldadura para cobre/cobre.

- Aislantes térmicos.

- Aislantes acústicos.

- Antivribatorios.

• Lubricantes

- Definición: Se denomina lubricante al fluido con la capacidad dedisminuir el rozamiento entre dos materiales en contacto,facilitando el movimiento relativo de uno respecto al otro, evitandoel excesivo aumento de temperatura entre ellos y reduciendo sudesgaste. Los lubricantes, además, tienen la capacidad de actuarcomo cierre hidráulico o tapón a las fugas del fluido comprimido,dada su mayor densidad relativa y la imposibilidad que presentaaquél para desplazarlo de los espacios reservados para eldesplazamiento de los elementos mecánicos.

- Características: Un buen aceite para refrigeración debe reunir lascualidades que a continuación se listan:

- Mantener su viscosidad a altas temperaturas.

- Mantener buena fluidez a bajas temperaturas.

- Ser miscible con los refrigerantes a las temperaturas detrabajo.

- Tener buena (alta) capacidad dieléctrica.

- No tener materia en suspensión.

- No debe contener ácidos corrosivos o compuestos de azufre.

- No formar depósitos de cera (flóculos) a las bajas temperaturasdel sistema.

- No dejar depósitos de carbón al entrar en contacto consuperficies calientes dentro del sistema.

- No contener humedad.

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- No formar espuma.

- Ser química y térmicamente estable en presencia derefrigerantes, metales, aislamientos, empaques, oxígeno,humedad y otros contaminantes.

• Refrigerantes:

- Refrigerante es el fluido encargado de absorber el calor del locala refrigerar y cederlo al ambiente exterior.

- El trasvase se puede hacer en forma de calor sensible (elrefrigerante únicamente sufre cambios de temperatura,denominándose entonces fluido frigorífero) o en forma de calorlatente (el refrigerante, en este caso fluido frigorígeno, sufreademás cambios de estado, de líquido a vapor y de vapor a líquido,a través del ciclo de refrigeración).

- Las distintas aplicaciones de la industria frigorífica precisanrefrigerantes distintos. Las propiedades físicas, químicas,termodinámicas y de seguridad que los distinguen son:

- Presión de vapor, presión de condensación y calor latentede vaporización.

- Comportamiento frente a la humedad, comportamientofrente a los lubricantes y estabilidad.

- Producción frigorífica específica o volumétrica, y potenciafrigorífica.

- Toxicidad, inflamabilidad, y facilidad de detección en casode fugas.

- Los refrigerantes se denominan según su fórmula o denominaciónquímica, o bien por su denominación simbólica numérica.

- Estamos en una época de transición de los refrigerantesclorofluorocarbonados (los más ampliamente utilizados hasta quese verificó su efecto destructor de la capa de ozono) hacia otrotipo de refrigerantes. Es importante conocer los refrigerantesprohibidos, los que están en fase de eliminación y el modoeliminarlos, y los refrigerantes sustitutos.

• Operaciones principales puntos a evaluar en las labores demantenimiento:

- Temperatura alcanzada y mantenida en el recinto refrigerado.

- Temperatura de vaporización dentro del rango de diseño.

- Temperatura de condensación dentro del rango de diseño.

- Presión de descarga dentro del rango de diseño.

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- Subenfriamiento normal en el condensador.

- Recalentamiento normal en el evaporador.

- Diferencias de temperaturas normales en los intercambiadores.

- Potencia absorbida por el compresor dentro de los rangos dediseño.

- Ningún ruido sospechoso ni vibraciones anormales.

- Color del aceite y nivel normales.

- Ninguna traza de grasa en el exterior del circuito.

- Los otros criterios de buen funcionamiento son los ajustes correctosde los órganos de seguridad:









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GLOSARIO

Abocardado: Agrandamiento (abocinado) que se hace en el extremo deun tubo flexible, por medio del cual, el tubo se une a una conexión oa otro tubo. Este agrandamiento se hace a un ángulo de aproximadamente45°. Las conexiones lo oprimen firmemente, para hacer la unión fuertey a prueba de fugas.

Aceite para refrigeración: Aceite especialmente preparado para usarseen el mecanismo de los sistemas de refrigeración.

Acondicionador de aire: Dispositivo utilizado para controlar la temperatura,humedad, limpieza y movimiento del aire en el espacio acondicionado,ya sea para confort humano o proceso industrial.

Actuador: La parte de una válvula reguladora que convierte el fluidomecánico, la energía térmica o la energía eléctrica, en movimientomecánico para abrir o cerrar la válvula.

Acumulador: Tanque de almacenamiento que recibe refrigerante líquidodel evaporador, evitando que fluya hacia la línea de succión antes deevaporarse.


Aire acondicionado: Control de la temperatura, humedad, limpieza ymovimiento de aire en un espacio confinado, según se requiera, paraconfort humano o proceso industrial. Control de temperatura significacalentar cuando el aire está frío, y enfriar cuando la temperatura es muycaliente.

Aire seco: Aire en el cual no hay vapor de agua (humedad).


Aislamiento (térmico): Material que es pobre conductor de calor, por loque se usa para retardar o disminuir el flujo de calor. Algunos materialesaislantes son corcho, fibra de vidrio, elásticos espumados (poliuretanoy poliestireno), etc.

Aleta: Superficie metálica unida a un tubo para proporcionar mayorsuperficie de contacto, a fin de mejorar el enfriamiento. Las aletas puedenser circulares, enrolladas en forma de espiral individualmente en cadatubo, o rectangulares en forma de placa, para un grupo de tubos. Seusan extensivamente en condensadores enfriados por aire y evaporadores.

Alternativo: Movimiento hacia adelante y hacia atrás en línea recta.




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Amoniaco: Combinación química de nitrógeno e hidrógeno (NH3).También se usa como refrigerante y se identifica como R-717.

Asiento: Parte del mecanismo de una válvula, contra la cual presiona laválvula para cerrar.

Aspiración: Movimiento producido en un fluido por succión.

Azeotrópica, mezcla: Mezcla de dos o más líquidos de diferente volatilidad,que al combinarse, se comportan como si fueran un solo componente.El punto de ebullición de la mezcla es menor que los de los componentesindividuales. Su composición no cambia al evaporarse ni al condensarse.Un ejemplo de mezcla azeotrópica es el refrigerante 502, que estácompuesto de 48.8 % de R-22 y 51.2 % de R-115.

Azeótropo: Que tiene puntos de ebullición máximos y mínimos constantes.

Baño: Solución líquida usada para limpiar, recubrir o mantener unatemperatura especificada.


Barómetro: Instrumento para medir la presión atmosférica. Puede estarcalibrado en mm o pulgadas de mercurio en una columna; o en Kg/cm2

o en lb/pulg2.

Bióxido de carbono: Compuesto de carbono y oxígeno (CO2), el cualalgunas veces se usa como refrigerante, R-744. Cuando se solidifica,comprimiéndolo en bloques sólidos, se le conoce como "Hielo Seco".Su temperatura es de -78.3° C.

Bomba: Cualquiera de las diferentes máquinas que impulsan un gas oun líquido o lo atraen de algo, por succión o por presión.

Bomba centrífuga: Bomba que produce velocidad al fluido, convirtiéndolaen carga de presión.

Bomba de calor: Sistema del ciclo de compresión, utilizado para abastecercalor a un espacio de temperatura controlada. El mismo sistema, puedetambién extraer calor del mismo espacio.

Bomba de condensado: Dispositivo para eliminar el condensado de agua,que se acumula debajo de un evaporador.

Bomba de desplazamiento fijo: Bomba en la que el desplazamiento porciclo, no puede ser variado.

Bomba de tornillo: Bomba que tiene dos tornillos entrelazados, rotandodentro de una envolvente.

Bomba de vacío: Dispositivo especial de alta eficiencia, utilizado paracrear alto vacío para fines de deshidratación o de pruebas.

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Bomba alternativa (un pistón): Bomba de un solo pistón alternativo (quese mueve hacia delante y atrás, o hacia arriba y abajo).

Bulbo húmedo, termómetro: Instrumento utilizado en la medición dela humedad relativa. La evaporación de la humedad disminuye latemperatura de bulbo húmedo, comparada con la temperatura de bulboseco de la misma muestra de aire.

Bulbo seco, termómetro: Instrumento con un elemento sensible paramedir la temperatura ambiente del aire.


Bulbo sensor de temperatura: Bulbo que contiene un fluido volátil yfuelle o diafragma. El aumento de temperatura en el bulbo, causa queel fuelle o diafragma se expanda.

Butano: Hidrocarburo líquido (C4H10), comúnmente usado comocombustible o para fines de calentamiento.

Cabezal: Longitud de tubería o recipiente, al cual se le unen dos o mástuberías, que transportan un fluido de una fuente común, a diferentespuntos de uso.

Caída de presión: Diferencia de presión en dos extremos de un circuitoo parte de un circuito. Cualquier pérdida de presión en la línea debidoa la fricción del fluido, o a una restricción en la línea.

Caja de conexiones: Caja o contenedor que cubre un grupo de terminaleseléctricas.



Calor de fusión: Calor requerido por una sustancia, para cambiar delestado sólido al estado líquido, a una temperatura constante. Por ejemplo:hielo a agua a 0 ºC. El calor de fusión del hielo es 335 kJ/kg.

Calor específico: Relación de la cantidad de calor requerido, paraaumentar o disminuir la temperatura de una sustancia en 1 ºC, comparadocon la que se requiere para aumentar o disminuir la temperatura de unamasa igual de agua en 1 ºC. Se expresa como una fracción decimal.




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Cámara de refrigeración: Espacio refrigerado comercial, que se mantienea temperaturas abajo de la ambiental.

Cambio de estado: Condición en la cual, una sustancia cambia de sólidoa líquido o de líquido a gas, debido a la aplicación de calor. O a la inversa,cuando una sustancia cambia de gas a líquido o de líquido a sólido,debido a la eliminación de calor.

Capacidad: Sistema de clasificación en refrigeración. Medido generalmenteen kcal/h o en watios.

Carbón activado: Carbón especialmente procesado, utilizado en filtrosdeshidratadores. También se utiliza para limpiar aire.

Carga: Ver Carga de Refrigerante.


Centígrada, escala: Escala de temperatura usada en el sistema métrico.El punto de congelación del agua es de 0 ºC, el punto de ebullición esde 100 ºC.

Cera: Ingrediente en muchos aceites lubricantes, el cual se puede separardel aceite si se enfría lo suficiente.

Cero absoluto (temperatura): Temperatura a la cual cesa todo movimientomolecular. (-273 ºC y -460 ºF).

Ciclo: Serie de eventos u operaciones, que tienen una tendencia arepetirse en el mismo orden.

Ciclo de paro: Segmento del ciclo de refrigeración cuando el sistema noestá operando.

Ciclo intermitente: Ciclo que se repite a intervalos variables de tiempo

Cilindro: Dispositivo que convierte fuerza de un fluido, en fuerza ymovimiento mecánico lineal. Consta, usualmente, de elementos móvilestales como un pistón, biela y émbolo, operando dentro de un cilindro.

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Cilindro para refrigerante: Cilindro en el que se almacena y distribuyeel refrigerante. El código de colores pintado en el cilindro indica la clasede refrigerante (ver código de colores, capítulo Refrigerantes).

Cilidro portátil: Recipiente utilizado para almacenar refrigerante. Haydos tipos comunes: recargablesy desechables.

Circuito: Instalación de tubería o de cable eléctrico que permite el flujodesde y hacia la fuente de energía.

Cobrizado: Condición anormal que se desarrolla en algunas unidades,en las que el cobre es depositado electrolíticamente sobre algunassuperficies del compresor.

Coeficiente de expansión: Incremento en longitud, área o volumen dela unidad, por un grado de aumento en la temperatura.

Coeficiente de rendimiento: Relación del trabajo realizado o completado,en comparación con la energía utilizada.

Cojinete: Dispositivo de baja fricción para soportar y alinear una partemóvil.



Compresor abierto: Compresor en el que el cigüeñal se extiende a travésdel cárter, hacia afuera del compresor, movido por un motor externo.Comúnmente se le llama compresor de movimiento externo.

Compresor centrífugo: Máquina para comprimir grandes volúmenes devapor, a una velocidad relativamente alta, usando relaciones de compresiónpequeñas. La compresión está basada en una fuerza centrífuga de ruedasgiratorias, con hojas tipo turbina.

Compresor compuesto: Compresor de cilindros múltiples, en el que unoo más cilindros succionan el vapor del evaporador, y lo descargan,generalmente, a través de un interenfriador y hacia los demás cilindros,donde se comprime hasta la presión de condensación.

Compresor de aletas rotatorias: Mecanismo para bombear fluidos pormedio de aletas giratorias, dentro de un cárter cilíndrico.

Compresor alternativo: Compresor que funciona con un mecanismo depistones y cilindros, para proporcionar una acción bombeante. Lospistones se mueven hacia adelante y hacia atrás dentro del cilindro, paracomprimir el refrigerante.

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Compresor de etapas múltiples: Compresor que tiene dos o más etapasde compresión. La descarga de cada etapa es la presión de succión enla siguiente de la serie.

Compresor de una etapa: Compresor de una sola etapa de compresión,entre las presiones del lado de baja y del lado de alta.

Compresor hermético: Unidad motocompresora en la que el motoreléctrico y el compresor, están montados en una flecha común, dentrode un casco de acero soldado. El motor eléctrico opera en la atmósferade refrigerante.

Compresor rotativo: Compresor con un cilindro y un rotor excéntricointerior, el cual gira dentro del cilindro. Las aletas deslizables, dentrodel rotor, son las que comprimen el vapor durante la rotación.

Compresor semihermético: Unidad motocompresora que opera igualque un compresor hermético, con la excepción de que no está totalmentesellado, sino que se pueden quitar las tapas de los extremos para darleservicio.

Conexión para manómetro: Abertura o puerto, dispuesto para que eltécnico de servicio instale un manómetro.

Condensación: Proceso de cambiar de estado un vapor o un gas a líquido,al enfriarse por debajo de su temperatura de saturación o punto de rocío.


Condensador: Componente del mecanismo de refrigeración, el cualrecibe del compresor vapor caliente a alta presión, enfriándolo yregresándolo luego a su estado líquido. El enfriamiento puede ser conaire o con agua.

Condensador atmosférico: Antiguo tipo de condensador, en el cual elvapor de refrigerante de la descarga fluye dentro de una serie de tubos.El agua fluye por gravedad, sobre el exterior de los tubos, para absorberel calor del refrigerante y condensarlo. Los tubos están expuestos a laatmósfera.

Condensador de casco y tubos: Recipiente cilíndrico de acero con tubosde cobre en el interior. El agua circula por los tubos, condensando losvapores dentro del casco. El fondo del casco sirve como recibidor delíquido.

Condensador de casco y serpentín: Este condensador es muy parecidoal de casco y tubos, pero en lugar de tubos rectos, tiene un serpentín porel que circula el agua.

Condensador enfriado por agua: Intercambiador de calor, diseñado paratransferir calor desde el refrigerante gaseoso al agua. Existen tres tipos:de casco y tubos, de casco y serpentín y de tubos concéntricos.

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Condensador enfriado por aire: Intercambiador de calor, el cual transfierecalor al aire circundante. En estos condensadores, el vapor caliente dela descarga del compresor entra en los tubos, y el aire atmosférico circulapor fuera de los tubos, los cuales, generalmente, son del tipo aleteado.

Condensador evaporativo: Condensador que combina un condensadoratmosférico, con una torre de enfriamiento de tiro forzado. El haz detubos se encuentra dentro de la torre. El agua es rociada sobre los tubos,y el aire forzado enfría el agua y los tubos. Parte del agua se evapora yenfría el resto del agua, reduciendo el consumo de ésta.


Conducción: Flujo de calor entre sustancias, por medio de vibración delas moléculas.


Conductividad, coeficiente de: Medición de la proporción relativa, a lacual diferentes materiales conducen el calor. El cobre es un buenconductor del calor, por lo tanto, tiene un coeficiente de conductividadalto.



Congelador sin escarcha: Gabinete refrigerado que opera con un deshieloautomático durante cada ciclo.

Contaminante: Sustancia, humedad o cualquier materia extraña alrefrigerante o al aceite en un sistema.


Control automático: Acción de una válvula, lograda a través de mediosautomáticos que no requieren de ajuste manual.

Control de baja presión: Dispositivo utilizado para evitar que la presiónde evaporación del lado de baja caiga por debajo de cierta presión.

Control de desescarche: Dispositivo para operar un sistema derefrigeración, de tal manera, que proporcione una forma de derretir elhielo y la escarcha formados en el evaporador. Hay tres tipos: manual,automático y semiautomático.

Control de escarcha: Ver control de desescarche.

Control de presión de aceite: Dispositivo de protección que verifica lapresión del aceite en el compresor. Se conecta en serie con el compresor,y lo apaga durante los períodos de baja presión de aceite.



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Control de refrigerante: Dispositivo que mide el flujo de refrigerante,entre dos áreas del sistema de refrigeración. También mantiene unadiferencia de presión entre los lados de alta y baja presión del sistema,mientras la unidad está trabajando.

Control de seguridad: Dispositivo para detener la unidad de refrigeración,si se llega a una condición insegura y/o peligrosa, de presiones otemperaturas.

Control de temperatura: Dispositivo termostático operado por temperatura,que abre o cierra un circuito automáticamente.

Convección: Transferencia de calor por medio del movimiento o flujode un fluido.

Convección forzada: Transferencia de calor que resulta del movimientoforzado de un líquido o un gas, por medio de una bomba o un ventilador.

Convección natural: Circulación de un gas o un líquido, debido a ladiferencia en densidad resultante de la diferencia de temperaturas.

Corrosión: Deterioro de materiales por acción química.

Cortocircuito: Condición eléctrica, donde una parte del circuito tocaotra parte del mismo, provocando que la corriente o parte de la misma,tome un trayecto equivocado.

Cuarto de máquinas: Área donde se instala la maquinaria de refrigeraciónindustrial y comercial, excepto los evaporadores

Decibel (dB): Unidad utilizada para medir la intensidad de los sonidos.Un decibel, es igual a la diferencia aproximada de la intensidad detectablepor el oído humano, cuyo rango es aprox. 130 dB, en una escala queempieza con uno para los sonidos débilmente audibles.

Deflector: Placa utilizada para dirigir o controlar el movimiento de unfluido, dentro de un área confinada.


Depósito de líquido: Cilindro o contenedor conectado a la salida delcondensador, para almacenar refrigerante líquido en un sistema.

Desecante: Sustancia utilizada para colectar y retener humedad, en unsistema de refrigeración. Los desecantes comunes son la sílica gel, laalúmina activada y el tamiz molecular.

Desengrasante: Solvente o solución que se usa para remover aceite ograsa, de las partes de un refrigerador.

Desescarche: Proceso de eliminar la acumulación de hielo o escarcha delos evaporadores.



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Desescarche automático: Sistema para eliminar hielo o escarcha de losevaporadores, de manera automática.

Desescarche con aire: Proceso de eliminar el hielo o la escarcha acumuladaen el serpentín del evaporador, utilizando los abanicos del mismoevaporador, deteniendo previamente el paso de refrigerante líquido. Elaire circulado, debe tener una temperatura por encima de la decongelación.

Desescarche con agua: Uso de agua para derretir el hielo y la escarchade los evaporadores durante el ciclo de paro.

Desescarche eléctrico: Uso de resistencia eléctrica, para fundir el hieloy la escarcha de los evaporadores, durante el ciclo de deshielo.

Desescarche por ciclo reversible: Método de calentar el evaporador paradeshielo. Por medio de válvulas, se mueve el gas caliente del compresorhacia el evaporador.

Desescarche por gas caliente: Sistema de deshielo, en el cual el gasrefrigerante caliente del lado de alta es dirigido a través del evaporadorpor cortos períodos de tiempo, y a intervalos predeterminados, parapoder eliminar la escarcha del evaporador.

Desescarche, ciclo de: Ciclo de refrigeración en el cual, la acumulaciónde hielo y escarcha es derretida en el evaporador.

Deshidratador: Sustancia o dispositivo que se utiliza para remover lahumedad, en un sistema de refrigeración.

Deshumidificador: Dispositivo usado para eliminar la humedad del aire.

Desplazamiento de compresor: Volumen en m3, representado por el áreade la cabeza del pistón o pistones, multiplicada por la longitud de lacarrera. Éste es el desplazamiento real, no el teórico.

Desplazamiento del pistón: Volumen desplazado por el pistón, al viajarla longitud de su carrera.

Desvío (By pass): Pasadizo en un lado o alrededor de un pasaje regular.

Desvío (By Pass) de gas caliente: Arreglo de tubería en la unidad derefrigeración, la cual conduce gas refrigerante caliente del condensadoral lado de baja presión.

Detector de fugas: Dispositivo o instrumento que se utiliza para detectarfugas, tal como lámpara de haluro, sensor electrónico o jabón.

Detector de fugas de espuma: Sistema de líquido espumante especial,que se aplica con una brocha sobre uniones y conexiones, para localizarfugas de manera similar a la espuma de jabón.

Detector de fugas electrónico: Instrumento electrónico que mide el flujo



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electrónico a través de una rejilla de gas. Los cambios en el flujo electrónicoindican la presencia de moléculas de gas refrigerante.

Diagrama de Molliere: Gráfica de las propiedades de un refrigerante,tales como: presión, temperatura, calor, etc.

Diclorodifluorometano: Refrigerante comúnmente conocido como R-12.

Difusor de aire: Rejilla o salida de distribución de aire, diseñada paradirigir el flujo de aire hacia los objetivos deseados.

Efecto refrigerante: Cantidad de calor absorbida en el evaporador delespacio a refrigerar.

Eficiencia: Capacidad de un dispositivo, sistema o actividad, divididaentre la potencia absorbida necesaria para crear esa capacidad. En uncompresor, la eficiencia sería la capacidad de trabajo, medida por uncambio de presión, dividida entre la energía eléctrica consumida.

Eficiencia volumétrica: Término utilizado para expresar la relación, entreel funcionamiento real de un compresor o de una bomba de vacío, y elfuncionamiento calculado en base a ese desplazamiento.


Energía, conservación de la: Proceso de instituir cambios que resultaránen ahorros de energía, sobre la revisión de los cálculos para determinarlas cargas principales.


Enfriador de agua: Sistema de aire acondicionado, el cual circula aguafría a varios serpentines de enfriamiento, en una instalación.

Enfriador de aire: Mecanismo diseñado para bajar la temperatura delaire que pasa a través de él.

Entalpía: La cantidad de calor en un kilogramo de sustancia, calculadade una base de temperatura aceptada. La temperatura de 0 ºC, es unabase aceptada para los cálculos del vapor de agua. Para cálculos derefrigeración, la base aceptada es de -40 ºC.

Entropía: Factor matemático usado en cálculos de ingeniería. La energíaen un sistema.

Escala centígrada: Escala de temperaturas usada en el sistema métrico.El punto de congelación de agua a la presión atmosférica normal, es de0 ºC, y el punto de ebullición, es de 100 ºC.

Escala Fahrenheit: En un termómetro Fahrenheit, bajo la presiónatmosférica normal, el punto de ebullición del agua es de 212 ºF, y elpunto de congelación es de 32 ºF por encima de cero.



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Escala Kelvin (K): Escala de temperatura, en la cual, la unidad de mediciónes igual al grado centígrado, y de acuerdo a la cual, el cero absoluto es0 ºK, equivalentes a -273.16 ºC. En esta escala el agua se congela a 273.16ºK y ebulle a 373.16 ºK.

Escala Rankine (R): Nombre dado a la escala de temperaturas absolutas,cuyas unidades son similares a los grados Fahrenheit. El cero (0 ºR) enesta escala equivale a -460 ºF.

Espacio muerto: Pequeño espacio en un cilindro, del cual no ha sidoexpulsado completamente el gas comprimido. Para una operaciónefectiva, los compresores se diseñan para tener un espacio muerto tanpequeño como sea posible.

Estratificación del aire: Condición en la que hay poco o ningúnmovimiento de aire en un cuarto. El aire permanece en capas detemperaturas.

Etano (R-170): Fluido refrigerante de muy poco uso. En la actualidad,se agrega a otros refrigerantes para mejorar la circulación de aceite.

Eutéctico: Cierta mezcla de dos sustancias, que proporciona la temperaturade fusión más baja de todas las mezclas, de esas dos sustancias.

Eutéctico, punto: Temperatura de congelación para soluciones eutécticas.


Evaporador: Componente del mecanismo de un sistema de refrigeración,en el cual el refrigerante se evapora y absorbe calor.

Evaporador de casco y tubos: Evaporador del tipo inundado, utilizadoprincipalmente para enfriar líquidos. Generalmente, el líquido circulapor los tubos que están dentro del casco cilíndrico, o viceversa.

Evaporador de expansión directa: Evaporador que utiliza como dispositivode control de líquido, una válvula de expansión automática, o una determo expansión.

Evaporador inundado: Evaporador que todo el tiempo contienerefrigerante líquido.

Evaporador seco: Evaporador en el que el refrigerante está en forma degotas.

Excéntrico: Círculo o disco montado fuera de centro en una flecha.

Filtro: Dispositivo para remover partículas extrañas de un fluido.

Filtro de carbón: Filtro de aire, que utiliza carbón activado como agentelimpiador.

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Filtro electrostático: Para limpiar aire, tipo de filtro que da a las partículasuna carga eléctrica. Esto causa que las partículas sean atraídas a unaplaca para que sean removidas del aire.

Filtro-deshidratador: Dispositivo empleado para la limpieza del refrigerantey del aceite, en los sistemas de refrigeración. Remueve toda clase decontaminantes, tales como: suciedad, rebabas, ceras, humedad, ácidos,óxidos, etc.

Flotador del lado de alta: Mecanismo para control de refrigerante, quecontrola el nivel de refrigerante líquido, en el lado de alta presión delsistema.

Flotador del lado de baja: Válvula de control de refrigerante, operadapor el nivel del refrigerante líquido, en el lado de baja presión del sistema.

Fluido: Sustancia que puede estar en estado líquido o gaseoso. Sustanciaque contiene partículas que se mueven y cambian de posición sinseparación de la masa.

Freón: Nombre comercial para una familia de refrigerantes químicossintéticos, fabricados por E.I. DuPont de Nemours & Company Inc.

Frío: La ausencia de calor. Temperatura considerablemente por debajode la normal.

Fuelle: Contenedor cilíndrico corrugado, el cual se mueve al cambiar lapresión, o proporciona un sello durante el movimiento de partes.

Fuerza: La fuerza es una presión acumulada, se expresa en Newtons (N)en el Sistema Internacional, o en libras (Lb), en el Sistema Inglés.


Gas inerte: Gas que no cambia de estado, ni químicamente, cuando estádentro de un sistema, aunque se exponga a otros gases.

Gas licuado: Gas por debajo de cierta temperatura y por encima de ciertapresión, que se vuelve líquido.

Gas no condensable: Gas que no se convierte en líquido a las temperaturasy presiones de operación.

Golpe de líquido: Condición que se presenta cuando en un sistema deexpansión directa, el exceso de refrigerante líquido sale del evaporadory entra al compresor, dañándolo.

Halógenos: Grupo de elementos a los que pertenecen el yodo, el bromo,el cloro y el flúor.

Hidráulica: Rama de la física, que tiene que ver con las propiedadesmecánicas del agua y otros líquidos en movimiento; el flujo del refrigerante

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líquido también contiene un elemento sensible a la humedad, cuyo colorindica el contenido de humedad.

Indicador de líquido y humedad: dispositivo que revela la presencia deexceso de humedad y permite comprobar la circulación de refrigerantelíquido a través del visor.

Infiltración: Paso del aire exterior hacia el edificio, a través de ventanas,puertas, grietas, etc.

Inhibidor: Sustancia que evita una reacción química como la oxidacióno la corrosión.


Intercambio de calor: Dispositivo utilizado para transferir calor de unasuperficie caliente a una superficie menos caliente (los evaporadores ycondensadores son intercambiadores de calor).

Interruptor de presión: Interruptor operado por una disminución o porun aumento de presión.

Interruptor de presión alta: Interruptor de control eléctrico, operadopor la presión del lado de alta, que automáticamente abre un circuitoeléctrico, si se alcanza una presión demasiado alta. Se conecta en seriecon el motor para detenerlo por alta presión.

Interruptor de presión baja: Dispositivo para proteger el motor, quedetecta la presión del lado de baja. El interruptor se conecta en seriecon el motor y lo detendrá cuando haya una presión excesivamente baja.

Interruptor de presión de aceite: Dispositivo para proteger al compresory el motor, en caso de una falla en la presión del aceite. Se conecta enserie con el motor y lo detendrá, durante los períodos de baja presiónde aceite.

Hidrocarburos: Compuestos orgánicos que contienen solamentehidrógeno y carbono, en varias combinaciones.


Higroscópico: Habilidad de una sustancia para absorber y soltar humedad,y cambiar sus dimensiones físicas, conforme cambia su contenido dehumedad.



Humedad relativa (hr): La cantidad de humedad en una muestra de aire,

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en comparación con la cantidad de humedad que el aire tendría, estandototalmente saturado y a la misma temperatura.

Indicador de líquido electrónico: Dispositivo que envía una señal audible,cuando al sistema le hace falta refrigerante.

Indicador de líquido y humedad: Accesorio que se instala en la línea delíquido, que proporciona una ventana de vidrio, a través de la cual sepuede observar el nivel de líquido o la presencia de humedad en elcircuito.

Isoterma: Nombre con el que se conoce a la línea o líneas que en unagráfica; representa un cambio a temperatura constante.




Junta de expansión: Dispositivo que se instala en la tubería, diseñadopara permitir el movimiento de la tubería a causa de expansiones ycontracciones, ocasionadas por los cambios de temperatura.




Kilowatt (kW): Unidad de potencia equivalente a mil Watios. Ver Watio.

Lado de alta: Partes de un sistema de refrigeración que se encuentranbajo la presión de condensación o alta presión.

Lado de baja: Partes de un sistema de refrigeración que se encuentranpor debajo de la presión de evaporación o baja presión.

Lado de succión: Lado de baja presión del sistema, que se extiende desdeel control de refrigerante, pasando por el evaporador, la línea de succión,hasta la válvula de servicio de entrada al compresor.

Lámpara de haluro: Tipo de antorcha o soplete, para detectar fugas derefrigerantes halogenados, de manera segura en un sistema.

Línea de descarga: En un sistema de refrigeración, es la tubería queacarrea el gas refrigerante desde el compresor hasta el condensador.

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Línea de líquido: Tubería que acarrea refrigerante líquido desde elcondensador o recibidor hasta el mecanismo de control de refrigerante.

Línea de succión: Tubería que acarrea refrigerante gaseoso desde elevaporador hasta el compresor.


Líquidos inflamables: Líquidos que tienen un punto de encendido abajode 60º C (140º F), y una presión de vapor que no excede los 276 kPa (40psi) a 38º C (100º F).


Manómetro compuesto: Instrumento para medir presiones por arriba yabajo de la presión atmosférica.

Manómetro de alta presión: Instrumento para medir presiones hasta 30bar.

Manómetro de baja presión: Instrumento para medir presiones hasta 12bar.

Manómetro de Bourdon: Instrumento para medir presión de gases yvapores, basado en el tubo de Bourdon. Es circular y consta de carátulay aguja para indicar la presión.

Manómetro de compresión: Instrumento usado para medir presionespositivas (por encima de la presión atmosférica) solamente. La carátulade estos manómetros, normalmente va de 0 a 300 psig (101.3 a 2,170kPa).

Manovacuómetro: Ver Vacuómetro.

Medidor de flujo: Instrumento utilizado para medir la velocidad o elvolumen de un fluido en movimiento.

Miscibilidad: La capacidad que tienen las sustancias para mezclarse.

Monoclorodifluorometano: Refrigerante mejor conocido como R-22. Sufórmula química es CHClF2. El código de color del cilindro donde seenvasa es verde.

Monóxido de carbono (CO): Gas incoloro, inodoro y venenoso. Seproduce cuando se quema carbón o combustibles carbonosos con muypoco aire.

Motor: Máquina rotatoria que transforma energía eléctrica en movimientomecánico.

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Motor hermético: Motor que mueve al compresor, sellado, dentro delmismo casco que contiene al compresor.

Neopreno: Hule sintético, resistente al aceite y gas hidrocarburo.


Orgánico: Perteneciente a/o derivado de organismos vivos.

Orificio: Abertura de tamaño exacto para controlar el flujo de fluidos.

Ozono: Una forma de oxígeno, O3, que tiene tres átomos en su molécula;generalmente es producido por descargas eléctricas a través del aire. Lacapa de ozono, es la capa externa de la atmósfera de la tierra, que absorbela luz ultravioleta del sol, y protege a las capas más bajas y a la tierra delos dañinos rayos. En esta capa de ozono se han producido agujeroscausados por el cloro. Los clorofluorocarbonos (CFC's) contienen cloro,y cuando se liberan a la atmósfera, deterioran la capa de ozono.


Pascal, Ley de: Esta ley establece que la presión aplicada a un fluido, setransmite igualmente en todas direcciones. Para honrar a Pascal, elsistema internacional de unidades (SI) utiliza el término Pascal comounidad de presión.

Peine para condensador: Dispositivo en forma de peine, de metal oplástico, usado para enderezar las aletas de metal en los condensadores.

pH: Medición de la concentración de iones de hidrógeno libres en unasolución acuosa. El rango del pH va de 1 (acidez) hasta 14 (alcalinidad).Un pH de 7 es neutro.

Piezoeléctrico: Propiedad del cristal de cuarzo que le causa vibración,cuando se le aplica un voltaje de alta frecuencia (500 kHz o más alto).

Placa de identificación: Placa comúnmente montada sobre el casco delos compresores y motores, que proporciona información relativa sobreel fabricante, número de parte y especificaciones.

Plato de válvulas: Parte del compresor ubicada entre la parte alta delcuerpo del compresor y la cabeza. Contiene las válvulas y los puertos delcompresor.

Polea: Volante plano con ranuras en forma de "V". Cuando se instala enel motor y en el compresor, proporciona medios para darle movimiento.

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PPM (Partes Por Millón): Unidad para medir la concentración de unelemento en otro.



Presión atmosférica: Presión que ejerce el aire atmosférico sobre la tierra.Se mide en kPa, mm de Hg, kg/cm2, etc. Al nivel del mar, tiene un valorde 101.325 kPa.

Presión crítica: Condición comprimida del refrigerante, en la cual ellíquido y el gas tienen las mismas propiedades.

Presión de alta: Término empleado para referirse a la presión a la quese lleva a cabo la condensación, en un sistema de refrigeración.

Presión de baja: Presión del lado de baja del ciclo de refrigeración, a laque se lleva a cabo la evaporación.

Presión de condensación: Presión dentro de un condensador, a la queel vapor de refrigerante cede su calor latente de evaporación y se vuelvelíquido. Varía con la temperatura.

Presión de descarga: En un sistema de refrigeración, se llama así a lapresión contra la que descarga el compresor. Comúnmente, es la presiónque existe en el lado del condensador, y se mide en la descarga delcompresor.

Presión de diseño: La más alta o más severa presión esperada durantela operación. Algunas veces, se usa como la presión de operación calculada,más una tolerancia por seguridad.

Presión de operación: Presión real a la cual trabaja el sistema, bajocondiciones normales. Puede ser positiva o negativa (vacío).

Presión de succión: En un sistema de refrigeración, se llama así a lapresión a la entrada del compresor.


Presión de vaporización: Presión dentro de un evaporador, a la que ellíquido de refrigerante absorbe su calor latente de evaporación y se vuelvevapor. Varía con la temperatura.

Presión estática: Presión de un fluido, expresada en términos de la alturade columna de un fluido, tal como el agua o el mercurio.

Presiones parciales: Condición donde dos o más gases ocupan un espacio,cada uno ejerciendo parte de la presión total.

Presostato de presión alta: Ver interruptor de presión alta.

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Presostato de presión baja: Ver interruptor de presión baja.

Presostato de presión de aceite: Ver interruptor de presión de aceite.

Pre-enfriador: Dispositivo que se utiliza para enfriar el refrigerante, antesde que entre al condensador principal.


Propano: Hidrocarburo volátil, utilizado como combustible o refrigerante.

Protector de sobrecarga: Dispositivo operado ya sea por temperatura,corriente o presión, que detiene la operación de la unidad, si surgencondiciones peligrosas.

Protector (eléctrico): Dispositivo eléctrico que abrirá un circuito eléctrico,si ocurren condiciones eléctricas excesivas.

Punto de congelación: Temperatura a la cual se solidifica un líquido alextraerle calor. La temperatura (o punto) de congelación del agua es de0 ºC (32 ºF), a la presión normal o atmosférica.

Punto de congelación, depresión del: Temperatura a la cual se formahielo, en una solución de agua con sal.

Punto de ebullición: Temperatura a la que un líquido hierve, bajo lapresión atmosférica de 101.3 kPa. El punto de ebullición del agua puraes de 100 ºC a nivel del mar.

Punto de escurrimiento: La temperatura más baja a la cual un líquidoescurrirá o fluirá.

Punto de fusión: Temperatura a la cual se derrite o se funde una sustanciaa la presión atmosférica.

Punto de ignición: En los líquidos, es la temperatura a la cual arden, ycontinúan quemándose, por lo menos durante 5 segundos.

Punto de inflamación: En los líquidos, es la temperatura más baja, en lacual el vapor que existe sobre la superficie se inflama cuando se exponea una flama, pero que se apaga inmediatamente.

Purgar: Liberar gas comprimido hacia la atmósfera, a través de una ovarias partes, con el propósito de eliminar contaminantes.

Quemadura de motocompresor: Condición en la cual el aislamiento delmotor eléctrico se deteriora, debido a un sobrecalentamiento.

Radiación: Transmisión de calor por rayos térmicos u ondaselectromagnéticas.

Recalentamiento: 1- Temperatura del vapor arriba de su temperatura deebullición (saturación) a la misma presión. 2- La diferencia entre latemperatura a la salida del evaporador, y la temperatura más baja delrefrigerante, que se está evaporando en el evaporador

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Recipiente de líquido: Cilindro o contenedor conectado a la salida delcondensador, para almacenar refrigerante líquido en un sistema.

Reciclado de refrigerante: Limpiar el refrigerante para volverlo a usar,reduciendo su humedad, acidez y materia en suspensión. Generalmente,se aplica a procedimientos en el sitio de trabajo, o en talleres de serviciolocales.

Recuperación de refrigerante: Recoger refrigerante y colocarlo en uncilindro, sin necesariamente efectuarle pruebas.

Refrigeración: proceso de reducción y mantenimiento de la temperaturade un espacio o materia por debajo de la temperatura del entorno.

Refrigerador libre de escarcha: Gabinete de refrigeración que opera condeshielo automático durante cada ciclo.


Refrigerantes halogenados: Grupo de refrigerantes sintéticos, que en suestructura química contienen uno o varios átomos de elementoshalogenados, tales como flúor, cloro o bromo.

Relación de compresión: Relación de volumen del espacio muerto conel volumen total del cilindro. En refrigeración, también se utiliza comola relación de la presión absoluta del lado de alta, entre la presión absolutadel lado de baja.

Resistencia: Oposición al flujo o movimiento. Coeficiente de fricción.

Rocío: Humedad atmosférica condensada, depositada en forma depequeñas gotas sobre las superficies frías.

Rocío, punto de: Temperatura a la cual el vapor de agua del aire (a 100%de humedad relativa) comienza a condensarse y depositarse como líquido.

Rosca hembra: Cuerda interior de las conexiones, válvulas, cuerpos demáquina y similares.

Rosca macho: Cuerda exterior sobre la tubería, conexiones, válvulas, etc.

Rotor: Parte giratoria o rotatoria de un mecanismo.

R-11, Tricloromonofluorometano: Refrigerante químico, sintético, debaja presión, que también se utilizaba como fluido limpiador. Actualmenteestá descontinuado.

R-12, Diclorodifluorometano: Refrigerante químico, sintéticopopularmente conocido como freón 12. Actualmente está regulada suproducción.

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R-160, Cloruro de etilo: Refrigerante tóxico raramente utilizado.

R-170, Etano: Refrigerante para aplicación en baja temperatura.

R-22, Monoclorodifluorometano: Refrigerante para baja temperatura.Su punto de ebullición es de -40.5° C a la presión atmosférica.

R-290, Propano: Refrigerante para aplicación en bajas temperaturas.

R-500: Refrigerante que es una mezcla azeotrópica de R-12 y R-152a.

R-502: Refrigerante que es una mezcla azeotrópica de R-22 y R-115.

R-600, Butano: Refrigerante para aplicación en bajas temperaturas.También se utiliza como combustible.

R-717, Amoniaco: Refrigerante popular para sistemas de refrigeraciónindustrial; también es un refrigerante común en sistemas de absorción.

Salmuera: Agua saturada con un compuesto químico que puede ser unasal.

Sangrar: Reducir lentamente la presión de un gas o de un líquido en unsistema o cilindro, abriendo lentamente una válvula. Este término seaplica también a la acción de drenar constantemente una pequeñacantidad de agua de un condensador evaporativo o de una torre deenfriamiento. El agua nueva que reemplaza al agua "sangrada" diluye lasimpurezas que forman el sarro.

Saturación: Condición existente cuando una sustancia contiene la mayorcantidad que pueda retener de otra sustancia, a esa presión y temperatura.

Sello de fuelle: Método de sellar el vástago de la válvula. Los extremosdel material sellante se aseguran al bonete y al vástago. El sello se expandey se contrae con el nivel del vástago.

Sello del cigüeñal: Unión a prueba de fugas entre el cigüeñal y el cuerpodel compresor.

Sello del compresor: Sello a prueba de fugas entre el cigüeñal y el cuerpodel compresor, en un compresor de tipo abierto.

Semiconductor: Clase de sólidos cuya habilidad para conducir electricidadestá entre la de un conductor y la de un aislante.

Sensor: Material o dispositivo que sufre cambio en sus característicasfísicas o electrónicas al cambiar las condiciones circundantes.

Separador de aceite: Dispositivo utilizado para eliminar aceite del gasrefrigerante.

Sistema de control: Todos los componentes que se requieren para elcontrol automático de la variable de un proceso.

Sistema de refrigerante secundario: Sistema de refrigeración en el que

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el condensador es enfriado por el evaporador de otro sistema derefrigeración (primario).

Sistema hermético: Sistema de refrigeración que tiene un compresorimpulsado por un motor, y ambos están contenidos en la misma carcasa.

Sistema inundado: Tipo de sistema de refrigeración en el cual elrefrigerante líquido llena todo el evaporador.

Sistema remoto: Sistema de refrigeración en el que la unidad decondensación está alejada del espacio enfriado.

Sistema seco: Sistema de refrigeración que tiene el refrigerante líquidoen el evaporador, principalmente en una condición atomizada o enforma de gotas.

Sistema tipo abierto: Sistema de refrigeración con compresor movidopor bandas, o directamente acoplado.

Sobrecarga: Carga mayor a aquella para la cual fue diseñado el sistemao mecanismo.

Soldadura con plata: Proceso de soldadura en el que la aleación contienealgo de plata.

Soldar: Unión de dos metales con material de aporte no ferroso, cuyopunto de fusión es menor al del metal base.

Solenoide: Bobina enrollada alrededor de un material no magnético(papel o plástico). Comúnmente, lleva un núcleo de hierro móvil, el cuales atraído por el campo magnético al energizarse la bobina.

Solución: Líquido mezclado con otro líquido o sólido completamentedisuelto. Una solución acuosa de bromuro de litio (comúnmente usadaen sistemas de absorción) es agua con una cantidad de bromuro de litiodisuelta. Las soluciones "fuertes" o "débiles" son aquellas conconcentraciones altas o bajas, respectivamente, de otro líquido o sólido.

Subenfriamiento: Enfriamiento de refrigerante líquido por debajo de sutemperatura de condensación.


Tanque de hielo: Tanque que contiene serpentines de refrigeración uotras superficies donde se pueda acumular hielo durante los períodosde poca o ninguna demanda de agua helada. Cuando ocurre la demandael hielo acumulado se derrite para abastecer agua helada.

Tapón de seguridad: Dispositivo que libera el contenido de un recipiente,antes de alcanzar las presiones de ruptura.


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Temperatura absoluta: Temperatura medida desde el cero absoluto.

Temperatura ambiente: Temperatura de un fluido (generalmente el aire)que rodea un objeto por todos lados.




Temperatura de condensación: Temperatura dentro de un condensador,en el que el vapor de refrigerante cede su calor latente de evaporacióny vuelve líquido. Varía con la presión.


Temperatura efectiva: Efecto global de la temperatura sobre un humano,humedad y movimiento del aire.

Temperatura de vaporización: Temperatura dentro de un evaporador,en el que el liquido de refrigerante absorbe su calor latente de evaporacióny vuelve vapor. Varía con la presión.




Tonelada de refrigeración: Efecto refrigerante, equivalente a la cantidadde calor que se requiere para congelar una tonelada corta (2,000 lb) deagua a hielo, en 24 horas. Esto puede expresarse como sigue: 1 TR=12,000 btu/h = 3,024 kcal/h.

Torre de enfriamiento: Dispositivo que enfría por evaporación del aguaen el aire. El agua es enfriada hasta la temperatura de bulbo húmedodel aire.


Tubo de Bourdon: Tubo de metal elástico, aplanado, de paredes delgadasy doblado en forma circular, que tiende a enderezarse al aumentar lapresión dentro del mismo. Se utiliza en manómetros.

Tubo capilar: Tubo de diámetro interior pequeño, que se utiliza para

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controlar el flujo de refrigerante hacia el evaporador. Se utiliza,generalmente, en sistemas de refrigeración pequeños, tales comorefrigeradores domésticos, unidades de aire acondicionado de ventana,etc.

Tubo de Pitot: Tubo utilizado para medir velocidades del aire.

Unidad de condensación: Parte de un mecanismo de refrigeración quesucciona vapor de refrigerante del evaporador, lo comprime, lo licúa enel condensador y lo regresa al control de refrigerante.


Unión caliente: La parte de un circuito termoeléctrico que libera calor.

Unión fría: Parte de un sistema termoeléctrico que absorbe calor conformeopera el sistema.


Vacuómetro: Instrumento para medir vacío muy cercano al vacío perfecto.


Válvula de aguja: Tipo de válvula que tiene el asiento del vástago enforma de aguja, y un orificio pequeño en el asiento del cuerpo; sirvepara medir flujos bajos con mucha precisión.

Válvula de alivio: Válvula de seguridad en sistemas sellados. Abre paraliberar fluidos, antes de que alcancen presiones peligrosas.

Válvula de control: Válvula que regula el flujo o presión de un medio,el cual afecta a un proceso controlado. Las válvulas de control sonoperadas por señales remotas de dispositivos independientes, que utilizancualquier cantidad de medios de control, tales como neumáticos, eléctricoso electrohidráulicos.

Válvula de descarga: Válvula dentro del compresor de refrigeración, quepermite que salga del cilindro el gas refrigerante comprimido hacia lalínea de descarga, evitando que se devuelva.

Válvula de dos vías: Válvula con un puerto de entrada y uno de salida.


Válvula de flotador: Tipo de válvula que opera con un flotador sobre lasuperficie del líquido, controlando su nivel.

Válvula de gas: Dispositivo en la tubería para arrancar, parar o regularel flujo de un gas.

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Válvula de líquido-vapor: Válvula manual doble que se utiliza comúnmenteen los cilindros de refrigerante, con la cual se puede obtener refrigerante,ya sea en forma líquida o vapor, del cilindro.

Válvula de presión de agua: Dispositivo utilizado para controlar el flujode agua. Es responsable de crear la presión piezométrica del sistema derefrigeración.

Válvula de retención: Válvula de globo que acciona automáticamente,y que sólo permite el flujo en un solo sentido.

Válvula de servicio: Dispositivo utilizado en cualquier parte del sistemadonde se desea verificar presiones, cargar refrigerante o hacer vacío odar servicio.

Válvula de servicio de descarga: Válvula de dos vías operada manualmente,ubicada en la entrada del compresor. Controla el flujo de gas de ladescarga; se usa para dar servicio a la unidad.

Válvula de servicio de succión: Válvula de dos vías operada manualmente,ubicada en la entrada del compresor. Controla el flujo de gas de lasucción; se usa para dar servicio a la unidad.

Válvula de succión: Válvula dentro del compresor de refrigeración quepermite el ingreso del vapor de refrigerante, proveniente de la línea desucción, al cilindro, evitando que se devuelva.

Válvula de termo expansión: Válvula de control operada por la temperaturay presión dentro del evaporador. Controla el flujo de refrigerante haciael evaporador. El bulbo sensor se instala a la salida del evaporador.

Válvula de tres vías: Válvula de control de flujo con tres puertos, para elflujo de fluidos.

Válvula reguladora de presión: Dispositivo instalado en la línea de succión,que mantiene una presión constante en el evaporador, durante una partede trabajo del ciclo.

Válvula reversible: Válvula utilizada en bombas de calor para invertir elsentido del flujo, dependiendo de si se desea refrigeración o calefacción.

Válvula solenoide: Válvula diseñada para funcionar por acción magnética,a través de una bobina energizada eléctricamente. Esta bobina accionaun núcleo móvil, el cual abre o cierra la válvula.

Válvula termostática: Válvula controlada por elementos que respondena cambios de temperatura.


Vapor saturado: Vapor que se encuentra a las mismas condiciones de

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temperatura y presión que el líquido del cual se está evaporando. Esdecir, si este vapor se enfría, se condensa.


Velocímetro: Instrumento que mide velocidades del aire, utilizando unaescala que indica directamente la velocidad del aire.

Ventilación: Flujo de aire forzado, por diseño, entre un área y otra.

Ventilador: Dispositivo de flujo radial o axial, usado para mover o producirflujo de gases.

Ventilador centrífugo: Algunas veces llamado ventilador de jaula deardilla. El ventilador o rotor va dentro de una cámara involuta de metal,para dirigir el aire. El ventilador "bombea" el aire por medio de unafuerza centrífuga, generada por las aspas del rotor al girar. Este tipo deventilador se utiliza cuando se necesita vencer una resistencia externapara circular el aire.

Ventilador del condensador: Dispositivo utilizado para mover aire a travésdel condensador enfriado por aire.

Ventilador del evaporador: Ventilador que incrementa el flujo de airesobre la superficie de intercambio de calor de los evaporadores.


Watio (W): Unidad de potencia, equivale a la potencia producida alrealizar un trabajo de 1 Joule por segundo (1 Watio = 1 J/s).

Zeotrópica, mezcla: Mezcla de dos o más líquidos de diferente volatilidad.Cuando se usa como refrigerante, al hervir en el evaporador, se evaporaun mayor porcentaje del componente más volátil, y cambia el punto deebullición del líquido remanente.

Zona de confort: Área sobre una carta psicrométrica, que muestra lascondiciones de temperatura, humedad, y algunas veces, el movimientodel aire, en que la mayoría de la gente se siente confortable.

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1. ¿Cuál es la misión del compresor?

2. Los compresores alternativos, de tornillo y rotativos ¿Qué clase decompresores son y por qué?

3. ¿Qué diferencia existe entre un compresor abierto y un compresorhermético?

4. Calcular el punto de apertura ‘Se’ de la válvula de aspiración sintener en cuenta la inercia de la misma, siendo el espacio muerto ‘e’de un compresor 0,7 mm y la carrera ‘S’ de 70 mm. La presión dedescarga es de 6,1 bares y la presión de aspiración es de 1,95 bares.

5. ¿Qué parte de un compresor alternativo transforma el movimientorotativo del eje en movimiento alternativo?

6. Indica cómo varia el rendimiento volumétrico real de un compresoral aumentar los siguientes parámetros del compresor:

a) Espacio muerto.

b) Relación de compresión.

c) Velocidad del refrigerante.

7. ¿Interesa más que el compresor trabaje en régimen húmedo o enrégimen seco? ¿Por qué?

8. Un compresor monocilindrico de amoniaco de simple efecto y unasola etapa debe producir una potencia de 125.000 frig/h (potenciareal) entre las temperaturas de evaporación Te=-10ºC y condensaciónTc=+25ºC.

Calcular el diametro del pistón sabiendo

n=Velocidad de giro: 800 r.p.m

ve= Volumen específico: 0,42 m3/kg

=Densidad= 1/ve = 2,38 kg/m3

L= Carrera del pistón: 55 cm

= rendimiento volumétrico real= 0.81

Entalpía a la entrada del evaporador: 117 Kcal/h

Entalpía a la salida del evaporador: 398 Kcal/h

9. ¿Para que sirve un evaporador?

10. Entre un evaporador de expansión seca y un evaporador inundado,¿cuál tiene mayor coeficiente de transmisión térmica, y por tantomayor rendimiento y por qué?

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11. En instalaciones que funcionan por debajo de -1ºC y con problemasde escarcha, ¿qué tipo de evaporador elegirías entre el evaporadorde tubos lisos, de placas, o con aletas? ¿Por qué?

12. ¿De qué factores depende la elección de la velocidad de circulacióndel aire, y cómo influye sobre la humedad del espacio a refrigerar?

13. Define sistema de expansión directa.

14. Enumera 4 sustancias que sean utilizadas como refrigerante secundario.

15. Define capacidad frigorífica del evaporador.

16. ¿De que parámetros depende la capacidad frigorífica de unevaporador?

17. Define diferencia de temperatura en el evaporador e indica cómoinfluye sobre la humedad del espacio a refrigerar.

18. ¿De qué manera se puede aumentar la superficie de intercambiotérmico en un evaporador?

19. ¿Cuáles son las consecuencias de la formación de escarcha?

20. Diferencia entre los métodos de desescarche de tipo externo y detipo interno.

21. ¿Qué limitación tienen la mayoría de los sistemas de desescarche detipo externo?

22. ¿Qué métodos de desescarche de tipo interno existen?

23. ¿Qué tipo de condensador seleccionarías si se dispusiera de agua encantidades suficientes y sin limitaciones, y si el agua fuera un elementocondicionante?

24. Define coeficiente global práctico de transmisión térmica.

25. Enumera de mayor a menor coeficiente global de transmisión térmicalos siguientes tipos de condensadores:

Condensador enfriado por agua de doble tubo a contracorriente.

Condensador evaporativo.

Condensador enfriado por aire de circulación forzada.

Condensador multitubular vertical.

Condensador enfriado por aire de circulación natural.

26. Indica qué incremento de temperatura del medio condensante seadmite en un evaporador enfriado por agua y en otro enfriado poraire, y qué temperatura de condensación se admite respecto a latemperatura de salida del medio condensante.

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27. Enumerar las válvulas que actúan como dispositivos de control deflujo de efrigerante.

28. Describir la función de la válvula de expansión termostática y lasvariables a las que responde.

29. ¿Cuáles son las principales aplicaciones de las válvulas manuales?

30. ¿Cómo funciona una válvula de cuatro vías en una bomba de calor?

31. ¿Qué dispositivo s emplea para la reducción de la capacidad delcompresor y cómo actúa?

32. ¿Qué dispositivo actúa cuando la presión de impulsión adquiere unvalor por encima del determinado?

33. ¿Qué dispositivo actúa sobre el compresor cuando la presión deaspiración es demasiado baja?

34. ¿Describir los dispositivos que actúan como órganos de seguridadpara la descarga de refrigerante cuando existe sobrepresión en elsistema?

35. ¿Cuáles son las ventajas de emplear un sistema de control pormicroprocesador respecto a un sistema convencional?

36. Describir la función de las torres de refrigeración dentro de unainstalación frigorífica y los procesos de enfriamiento del agua en suinterior.

37. Describir brevemente los distintos tipos de torres de refrigeración.

38. Citar y describir las partes componentes de una torre de refrigeración.

39. Desarrollar los términos ecuación característica, salto térmico,acercamiento y eficiencia aplicados a una torre de refrigeración.

40. Calcular el caudal de aire que es necesario aportar a una torre derefrigeración de la que se sabe que en las condiciones de diseñoenfría un caudal de agua de 3 l/seg, al que le proporciona un saltotérmico de 8 ºC y que las entalpías del aire a la entrada y a la salidason, respectivamente de 50 y 70 KJ/Kg. Calcular la potencia derefrigeración que está disipando la torre.

41. Citar las operaciones de mantenimiento a realizar en una torre derefrigeración.

42. ¿Cuál es la función del receptor de líquido?

43. ¿Cuáles son las principales causas de entrada de refrigerante líquidoal compresor?

44. ¿Cuál es el dispositivo que evita la entrada de líquido al compresory dónde se sitúa?

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45. ¿Cómo se obtiene la separación de aceite del fluido frigorígeno enun separador de aceite?

46. Describir el proceso por el que actúa la válvula de retorno de aceite.

47. ¿Por qué debe depurarse el aceite de retorno a los compresores?

48. ¿Cuáles son los efectos de los contaminantes sólidos en el circuitofrigorífico y qué medidas deben adoptarse para evitar la entrada decontaminantes en el sistema?

49. ¿Cómo se detecta la presencia de humedad en el circuito?

50. ¿Puede emplearse el cobre con el amoniaco?

51. ¿Cuándo se prohíben las soldaduras blandas?

52. ¿Cuáles son las principales características del cobre?

53. ¿Por qué es necesario taparlos tubos de cobre durante la ejecuciónde la instalación frigorífica?

54. ¿Por qué es necesario aislar la instalación?

55. ¿Qué propiedades deben cumplir los materiales aislantes?

56. ¿Citar algunos de los materiales utilizados como aislante térmicos?

57. Describir las distintas funciones que cumplen los lubricantes dentrode una instalación frigorífica.

58. Citar los distintos tipos de lubricante en función de su origen ydescribir su aplicabilidad en refrigeración.

59. Enumerar las características que debe poseer un aceite de refrigeración.

60. Definir brevemente las siguientes propiedades de un lubricante:Viscosidad, puntos de escurrimiento y floculación, número deneutralización y carbonización.

61. Enumerar las propiedades de los lubricantes que suelen mejorarsecon la incorporación de aditivos.

62. Describir la función de los refrigerantes en la instalación frigorífica.Diferencias entre los fluidos frigorígenos y fluidos frigoríferos.

63. Respecto a la siguiente lista de características físicas de un refrigerante,hacer una evaluación cualitativa y justificada sobre su valor deseableen una instalación frigorífica: presión de vapor, presión decondensación y calor latente de vaporización.

64. Describir la problemática de la humedad en las instalacionesfrigoríficas.

65. Describir la problemática referente a la solubilidad entre lubricantesy refrigerantes.

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66. Hacer un breve repaso de la historia de los refrigerantes, nombrandolos hitos clave que han permitido llegar al estado actual en cuantoa refrigeración.

67. Describir el proceso de carga de refrigerante de una instalación derefrigeración.

68. Definir los términos recuperación, reciclado y reproceso de unrefrigerante.

69. Nombrar los criterios que permiten distinguir una instalación enbuen estado de otra averiada.

70. Enumerar los principales puntos a controlar de una instalaciónfrigorífica para conocer si su estado de funcionamiento es correctoo no.

71. Citar las herramientas necesarias para efectuar las labores habitualesde mantenimiento.

72. Definir la función de las siguientes herramientas: abocardador,escariador, vacuómetro, cilindro de carga, puente de manómetros.

73. Citar posibles causas para los siguientes problemas: alta presión decondensación en el caso de condensadores enfriados por agua; y elcompresor enfría, pero no para o funciona demasiado tiempo.

74. Describir los métodos para: recoger el refrigerante en el depósito,eliminar la humedad en una instalación frigorífica y limpiar uncircuito de refrigerantes.

75. ¿Qué son las hojas de mantenimiento?

76. Documentación del compresor que es conveniente poseer en lainstalación.

77. Citar las medidas de seguridad general que es necesario guardardurante las operaciones de mantenimiento y reparación de lasinstalaciones.

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BIBLIOGRAFÍA













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SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN

SOLUCIONES AL CUESTIONARIO DEAUTOEVALUACIÓN

UNIDAD DIDÁCTICA 1

1. La termodinámica se define como la ciencia que estudia, interpretay explica las interacciones energéticas que se dan entre los sistemasmateriales, formulando leyes que rigen dichas interacciones.

Es la ciencia que estudia la energía y sus transformaciones, incluidasla formación de potencia, la refrigeración y las relaciones entre laspropiedades de la materia.

Es necesario el estudio de conceptos que competen a la termodinámicapara comprender los principios que rigen la configuración y elfuncionamiento de los sistemas frigoríficos

2. La energía es la capacidad que posee un sistema para producircambios.

3. El calor es la energía que se transfiere entre dos sistemas o entre unsistema y sus alrededores.

El calor está relacionado con el movimiento de las partículas, porqueuna molécula al moverse choca con otras moléculas que, a raíz deesto, ven aumentada su velocidad y por lo tanto su generación decalor y que a su vez chocan con otras moléculas que chocan con otras,etc.

4. El frío es el término negativo del calor, que indica su disminución oausencia, es decir, el frío se produce cuando hay una cesión oextracción de calor de una sustancia o sistema.

5. Se consideran tres formas de transmisión física del calor desde uncuerpo caliente a un cuerpo frío:

• Por conducción.

• Por convección.

• Por radiación.

6. El término temperatura hace referencia al nivel de energía caloríficaque posee un cuerpo.

7.

• Escala Centígrada o Celsius / Grado centígrada / ºC.

• Escala Fahrenheit / Grado Fahrenheit / ºF.

• Escala Kelvin / Grado Kelvin / K.

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8. = 30´224 metros.

9.

• 1200 kca = 1´2 cal

• 4500 kJ = 18837 kcal

• 3274 kcal = 825´048 Btu

• 128 kJ = 0.128 J

• 17 Kcal = 4´0613 kJ

• 10 kJ = 10´55 Btu

• 78 J = 78000 kJ

• 21 Btu = 83´328 kcal

• 114 cal = 11400 kcal

• 357 Btu = 338´436 kJ

10. Hierro.

11. Calor latente es la cantidad de calor que hay que suministrar o extraera la unidad de masa de ese cuerpo, para provocar en él un cambiode estado, sin que esto provoque un cambio de temperatura.

12. Calor sensible es la cantidad de calor que extraída o aportada a uncuerpo es capaz de hacer que su temperatura disminuya o aumenterespectivamente, sin que se produzca ningún cambio de fase en elcuerpo.

13. Estados de la materia:

• Sólido.

• Líquido.

• Gas.

Procesos de cambio de fase:

• Fusión.

• Evaporación.

• Condensación.

• Solidificación.

• Sublimación.

14. Es un punto que viene dado por una temperatura, presión y volumendeterminados para cada sustancia y se caracteriza porque en este

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punto las propiedades de la fase líquida y gaseosa de la sustancia sehacen tan similares como para ser indistinguibles.

15.

• Ley de Mariotte: estudia la relación entre presión y volumen deuna sustancia manteniendo la temperatura constante.

• Ley de Gay-Lussac: estudia la relación entre volumen y temperaturade una sustancia manteniendo la presión constante.

• Ley de Charles: estudia la relación entre presión y temperaturade una sustancia manteniendo el volumen constante.

16. Gas ideal, o perfecto, es el que sigue rigurosamente las leyes deMariotte, Gay-Lussac y Charles y la expresión que relaciona todas lasvariables del gas es la siguiente:

17. El factor de compresibilidad es un factor que nos permite medir ladesviación que presenta un gas real con respecto del comportamientode un gas ideal. Este factor se representa mediante la letra Z y sedefine como:

Además, también se dispone de las cartas de compresibilidad del gasque se esté estudiando que nos proporciona Z si sabemos la presióny temperatura del punto en el que se encuentra el gas tratado.

Este factor es muy útil ya que los gases reales no siguen elcomportamiento indicado para gases ideales y se hace necesariocorregir su comportamiento para poder hacer uso de las leyes deMariotte, Gay Lussac y Charles.

18. El trabajo es el producto de la magnitud del desplazamiento por lacomponente de la fuerza paralela al desplazamiento:

Como criterio general de signos se considera que el trabajo realizadosobre el sistema es positivo y el trabajo realizado por el sistema esnegativo.

En cuanto a la relación que guarda este concepto con el de energíaes que el calor y la energía mecánica o trabajo son dos valores de lamisma naturaleza, que se pueden transformar entre sí.

19.

• Transformaciones isotérmicas: son aquellas en las que latemperatura del sistema permanece constante y donde

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• Proceso adiabático: es aquel en el cual el sistema no intercambiacalor con su entorno. En estos procesos se cumple

• Procesos politrópicos: son aquellos procesos en los que se producentransformaciones de varios de tipos.

20. P= 6.7 W / t= 11´42 s

21. = 0.33

22. El método más común para refrigerar un local consiste en lacompresión mecánica de un vapor, entendiendo por vapor todo gascapaz de condensarse a las presiones y temperaturas a las que sesomete en la instalación. Este ciclo de compresión del gas consisteen los siguientes procesos:

• Evaporación.

• Compresión.

• Condensación.

• Expansión.

23.

• Diagrama Presión-Volumen (diagrama P-V o diagrama deAndrews).

• Diagrama Temperatura-Entropía (diagrama T-S o diagramaentrópico).

• Diagrama Presión-Entalpía (diagrama P-H, diagrama entálpico ode Mollier).

• Diagrama Entalpía-Entropía (diagrama H-S).

24.

• Control de la temperatura.

• Control de la humedad.

• Filtración, limpieza y purificación del aire.

• Circulación y movimiento del aire.

25. La psicrometría estudia las propiedades termodinámicas del airehúmedo y el efecto de la humedad atmosférica sobre los materialesy el confort humano, así como los métodos para controlar lascaracterísticas térmicas del aire húmedo.

26.

• Si se calienta, se expande.

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• Su densidad disminuye cuando la presión permanece constante.

• Si se enfría aumenta su densidad.

• Las temperaturas, densidades, volúmenes y presiones, todas varíanproporcionalmente.

27. La humedad es un término utilizado para describir la presencia devapor de agua en el aire, es decir, hace referencia a una mezcla deaire y vapor de agua en la atmósfera.

28.

• Humedad relativa.

• Humedad absoluta.

• Humedad específica.

• Punto de rocío.

• Temperatura de rocío.

• Bulbo seco.

• Bulbo húmedo.

• Factor de calor sensible.

• Calor latente.

• Porcentaje de saturación.

29. El método del punto de rocío.

30. Un psicrómetro.

31. Encontramos el punto donde la temperatura de 27ªC de bulbo seco,cruza con la línea de 60% de hr, en diagrama psicrométrico. A estepunto lo designamos como "B". Si la muestra de aire en estascondiciones fuera enfriada, sin cambiar su contenido de humedad,lo cual está representado en el diagrama psicrométrico como unalínea horizontal, la línea del punto de rocío seria intersectadaaproximadamente en 18.8ºC.

32.

• Temperatura de bulbo seco (bs).

• Temperatura de bulbo húmedo (bh).

• Temperatura de punto de rocío (pr)

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UNIDAD DIDÁCTICA 2

1. Longitud (metro), masa (kilogramo), tiempo (segundo), corrienteeléctrica (amperio), temperatura (Kelvin), cantidad de sustancia(mol), intensidad luminosa (candela).

2. Sistema Cegesimal de unidades o sistema CGS. Sistema Técnico.Sistema Anglosajón.

3. Dimensionales, Termodinámicos, Eléctricos, Tiempo, Frecuencia,Mecánica, Óptica, Eléctricos, Acústica, Vibraciones, Metrologíaquímica, Radiaciones ionizantes.

4. Mayor precisión, capacidad de almacenar mediciones, posibilidad deintegrar varios aparatos de medida en un solo instrumento, posibilidadde trasmitir la información a ordenadores.

5. El manómetro es el aparato empleado para detectar la presión delcircuito. Existen dos tipos de manómetros, los de baja (tambiénllamados vacuómetros) que miden hasta 12 bar y los de alta quemiden hasta 30 bar. Se fabrican en varios diámetros y escalas,relacionando la presión con la temperatura. Para evitar las pulsacionesproducidas por la aguja se construyen manómetros amortiguadoscon glicerina y regulables. Atendiendo al tipo de refrigerante empleadose debe utilizar el manómetro correspondiente. Los manómetrospara localización de averías y mantenimiento son en general de tipoBourdon, la presión se mide como sobrepresión; el punto cero de laescala de presión es igual a la lectura del barómetro.

Diagrama psicrométrico

633



6. Medición de la presión, carga de refrigerante,Vacío.

7. El medidor de tenazas se emplea para medir la intensidad de corrientealterna; se conecta seriado en dicha rama. El voltímetro es un aparatoutilizado para medir, directa o indirectamente, diferencias de potencialeléctrico. Polímetros. Es el instrumento de medida que se utiliza paracualquier experiencia de teoría de circuitos. En un principio estosaparatos eran analógicos, y solamente permitían medir intensidadesde corrientes y resistencias. Pero actualmente, los diseños de lospolímetros digitales, además, permiten medir capacidades, frecuencias,etc., y son más precisos. Megamedidor o multímetro: Es un instrumentode medición que recoge un amperímetro, voltímetro, ohmiómetro,medida de capacidad, termómetro, pudiendo ser analógicos o digitales.

8. Para detectar la acidez en los circuitos se emplean botellas de líquido,que cambia de color cuando se mezcla con el aceite del cárter delcompresor. Para eliminar la acidez del circuito se debe proceder ala limpieza de todo el circuito, o eliminarlo con líquidosneutralizadores.

9.

• Errores introducidos por el instrumento:

• Error de apreciación.

• Error de exactitud.

• Error de interacción.

• Falta de definición en el objeto sujeto a medición.

• Errores sistemáticos.

• Errores estadísticos.

• Errores ilegítimos o espurios.

• Error absoluto.

• Error relativo.

• Error relativo porcentual.

10. El número de cifras significativas es igual al número de dígitoscontenidos en el resultado de la medición que están a la izquierdadel primer dígito afectado por el error, incluyendo este dígito.

11. 1º: Comprobar la calibración del aparato, 2º: Cumplir las normas deutilización del fabricante del aparato en cuanto a conservación ycondiciones de uso, 3º Conocer y valorar la sensibilidad del aparatopara dar los resultados con la correspondiente precisión, 4º: Anotarcuidadosamente los valores obtenidos en tablas, 5º: Realizar la gráficaque corresponda a la de distribución de medidas, 6º: Hallar el valorrepresentativo, su error absoluto y su error relativo.

634



12. Corriente de funcionamiento y voltaje. Medición de la presión(descarga y aspiración), temperatura de aire de salida (o de agua)del condensador y del evaporador, de aire de entrada (o de agua)del condensador y del evaporador, gas de descarga y de aspiracióny temperatura de líquido antes de la válvula de expansión.

13. Paso de refrigerante líquido al compresor o presión de condensacióndemasiado baja.

14. Compresor demasiado pequeño, fugas en los platos de las válvulas,regulación de capacidad defectuosa o mal ajustada, carga de lainstalación excesiva, la válvula de desercarche por gas caliente tienefugas.

UNIDAD DIDÁCTICA 3

1. En una instalación de refrigeración suelen haber:

• Planos de componentes de máquinas y equipos: consistentes endespieces de cada uno de los equipos que forman la instalación.

• Planos de conjuntos de máquinas y equipos: en ellos aparece lainstalación completa, con todos los elementos que la componenunidos entre sí con tuberías, válvulas, controles y demás elementosde unión. Los esquemas de funcionamiento también forman partede este tipo de planos.

• Planos de mantenimiento: son representaciones de la instalaciónque ayudan a realizar las labores de mantenimiento, apareciendoen su interior, en algunas ocasiones, tablas y espacios para apuntarlos resultados de las mediciones y verificaciones a realizar.

2. Un plano se compone de:

• El marco, que separa los límites exteriores del elemento de larepresentación, formando un borde alrededor de la misma.

• El cajetín, donde se define el plano con su nombre, autor, fechade creación y modificaciones, y escala gráfica.

• La o las leyendas, donde se define la simbología usada en el plano.

• La representación en sí, que constituye el esquema de la instalacióno elemento representado.

635



3.

DESIGNACIÓN DESIGNACIÓNSÍMBOLO SÍMBOLO

Resistencia Motor

Transformadorcon núcleo

Interruptortripolar

Órgano demando (bobina)

Compresorcentrífugo

Evaporador de aire conconvección forzada

Condensador de aire conconvección forzada conconductos distribuidores

Válvula de seguridad

Válvula deexpansióntermostática

Manómetros de:

1) Baja presión

2) Presión intermedia

Alta presión

Evaporadormultipolar

Deshidratador

Recipiente delíquido con nivelreflector (fluidoshalogenados)

Termostato conbulbo y capilar

Válvula de arranque

636



UNIDAD DIDÁCTICA 4

1. La refrigeración se define como el proceso de reducción ymantenimiento de la temperatura de un espacio o materia por debajode la temperatura del entorno.

2. La absorción del calor del espacio a refrigerar se produce en elevaporador, produciendo la evaporación del líquido refrigerante enel interior de él.

3.-

Efecto refrigerante por kg de refrigerante:

h1=360 kcal/kg

h4=105 kcal/kg

Efecto refrigerante específico = qe = h1-h4 = 360-105 = 255 kcal/kg

Equivalente térmico del trabajo de compresión por kg de refrigerante:

h1=360 kcal/kg

h2=490 kcal/h

Calor de compresión específico = Wk = h2-h1 = 490-360 = 130 kcal/kg

El calor cedido en la condensación por kg de refrigerante:

h3=h4

Calor específico cedido en la condensación = qc = h3-h2 = 105-490 =385 kcal/kg

El coeficiente de efecto frigorífico:

4. Válvula de expansión, el evaporador y la línea de aspiración.

637



5. Si aumentamos la temperatura de vaporización en un ciclo derefrigeración el efecto refrigerante aumenta. El trabajo absorbido enel compresor disminuye ya que la diferencia de presiones entre elevaporador y el condensador es menor.

6. El coeficiente de efecto frigorífico aumenta cuando el líquidorefrigerante es subenfriado antes de entrar en la válvula de expansiónya que el efecto frigorífico aumenta, y el trabajo absorbido por elcompresor permanece constante.

7. El coeficiente de efecto frigorífico disminuye al disminuir la presiónen el evaporador porque el trabajo absorbido en el compresor aumentaya que la relación de compresión aumenta.

8.

• Recalentamiento del vapor en las tuberías de aspiración y a laentrada del compresor.

• Pérdida de carga en la válvula de aspiración del compresor.

• Compresión real no isentrópica.

• Pérdida de presión en la válvula de descarga.

• Pérdida de carga durante la condensación.

• Subenfriamiento del líquido.

• Pérdida de carga durante la evaporación.

UNIDAD DIDÁCTICA 5

1. Aspirar los vapores producidos en el evaporador, y descargar losvapores en el condensador a una presión lo suficientemente alta paraque se produzca la condensación.

2. Son compresores de desplazamiento positivo o volumétricos, ya queel fluido experimenta una verdadera compresión mecánica,reduciendo el volumen mediante un elemento que comprime.

3. Un compresor de tipo abierto es aquel en el que el compresor y elmotor de accionamiento están claramente diferenciados en doscarcasas. Los compresores herméticos contienen el motor y elcompresor en una misma carcasa herméticamente cerrada.

4. En los cálculos sólo se utilizan presiones absolutas:

Presión absoluta de descarga: 6,1 + 1,02 = 7,12 bares.

Presión absoluta de aspiración: 1,95 + 1,02= 2,97 bares.

638



Según la ley de Boyle-Mariotte:

y como la sección del cilindro es siempre la misma, los volúmenesson proporcionales a las longitudes:

y area = constante

Longitud en la descarga = espacio muerto (e)

Longitud en la aspiración = espacio muerto (e)+ longitud avanzadaen la reexpansión de los vapores que se encontraban en el espaciomuerto (Se)

luego,

y

‘Se’ es el 1,38% de la carrera.

5. La biela.

6. El aumento de los tres parámetros provoca una disminución delrendimiento volumétrico real.

7. Interesa más que el compresor trabaje en régimen seco, pues suponeun aumento del rendimiento del 10 al 12% sobre el régimen húmedoy además evita el peligro de “golpes de líquido” en el compresor.

8.

639



Diámetro del pistón = 10,5 cm

9. El evaporador debe obtener la transmisión del flujo calorífico queprocede del medio que se enfría al fluido frigorígeno, absorbiendoéste dicho flujo a temperatura constante por liberación de su calorlatente de evaporación.

10. Los evaporadores inundados tienen un mayor coeficiente detransmisión térmica y por tanto un mayor rendimiento, ya que enellos al hallarse toda su superficie bañada de liquido refrigerante, seobtiene una plena ebullición de toda la masa de forma muy vigorosacon la consiguiente y rápida absorción, en grado máximo, de vaporen toda la superficie del evaporador. Sin embargo la gran cantidadde líquido necesario en los evaporadores inundados encarece muchoeste tipo de instalaciones.

11. Evaporador de tubos lisos o de placas, porque la acumulación dehielo en la superficie primaria del evaporador no afecta a la capacidaddel equipo en la misma extensión que lo hace en las aletas.

Tienen además la ventaja de que se limpian fácilmente y puedendescongelarse con rapidez, manualmente, ya sea cepillando o raspandola acumulación de hielo. Esta operación puede ser realizada sininterrumpir el proceso de refrigeración y mimetizando la calidad delproducto refrigerado.

12. Depende de la humedad de la cámara o espacio a refrigerar, del tipode producto y del período de almacenamiento.

Una corta velocidad del aire disminuye el rendimiento del evaporador,provocando un enfriamiento lento del producto, ocasionando eldesarrollo de bacterias. En cambio una excesiva velocidad del airecausa una deshidratación el producto.

13. Un sistema de refrigeración de expansión directa es aquél en el cualel evaporador, del sistema, utilizando un refrigerante de expansióndirecta, se encuentra en contacto directo con el espacio o materialque va a ser enfriado.

14. Agua, salmuera, etilenglicol y propilenglicol.

15. La capacidad frigorífica de un evaporador es la cantidad de calor quefluye a través de su superficie de intercambio procedente del recintoo producto a refrigerar, y que se invierte fundamentalmente en lavaporización del líquido refrigerante.

16. Del coeficiente global de transmisión térmica.

De la superficie del evaporador.

640



De la diferencia media logarítmica.

17. La diferencia de temperatura en el evaporador, es la diferencia entrela temperatura del aire a la entrada del evaporador y la temperaturade evaporación del refrigerante.

Mientras menor sea el salto térmico entre la temperatura delevaporador y la de la cámara, mayor será la humedad relativa quehabrá en el espacio. Recíprocamente, mientras mayor sea la DT,menor será la humedad relativa en el espacio.

18. Añadiendo aletas a las superficies primarias que conforman losevaporadores, de esta forma aumenta la transmisión de calor porconvección al fluido envolvente.

19. Efecto aislante que provoca una disminución del coeficiente depelícula exterior, con la consiguiente disminución de la producciónfrigorífica de la máquina, aumentando el tiempo de funcionamientode la máquina.

Reducción del volumen efectivo de aire libre a través de los tubos yde las aletas dado que la caída de presión del aire aumenta y el flujodel mismo disminuye.

Variación del contenido de humedad adecuado para la correctaconservación del género.

20. En los procedimientos de tipo externo la fusión de la escarcha esobtenida a partir de la capa periférica; dicha fusión debe ser total.

En los procedimientos internos, más modernos y más rápidos, lafusión de la escarcha se obtiene a partir de la capa interior que sehalla en contacto con los tubos del evaporador sin necesidad de unafusión total, ya que la escarcha se rompe al faltarle soporte sobre lostubos.

21. Se utilizan solo en instalaciones que funcionan por encima de los0ºC.

22. Desescarche por calentamiento eléctrico del evaporador.

Desescarche por gases calientes.

Desescarche por inversión de ciclo.

23. Si el agua no estuviera limitada, se seleccionaría un condensadormultitubular de tipo vertical cuando el agua disponible sea sucia, yde tipo horizontal cuando el agua sea dura.

Si el agua fuera un factor condicionante se seleccionaria condensadoresevaporativos, condensadores multitubulares combinados con torresde enfriamiento, o bien condensadores enfriados por aire.

641



24. El coeficiente global práctico de transmisión térmica K de uncondensador nos indica la cantidad de calor expresada en Watiosque el condensador puede evacuar por metro cuadrado de superficiey por grado de diferencia entre la temperatura del refrigerante y latemperatura del medio de condensación.

25. 1º- Condensador multitubular vertical: 800 a 1400 W/m2 ºC

2º- Condensador de doble tubo a contracorriente: 700 a 950 W/m2 ºC

3º- Condensador evaporativo: 240 a 350 W/m2 ºC

4º- Condensador enfriado por aire de circulación forzada: 24 a 30W/m2 ºC

5º- Condensador enfriado por aire de circulación natural: 9 a 12 W/m2 ºC

26. Evaporadores enfriados por agua:

• Diferencia de temperatura entre la entrada y salida del agua delcondensador: de 5 a 12ºC.

• Temperatura de condensación respecto a la temperatura de salidadel agua del condensador: 5ºC superior.

Evaporadores enfriados por aire:

• Diferencia de temperatura entre la entrada y salida del aire delcondensador: de 5 a 6ºC.

• Temperatura de condensación respecto a la temperatura de salidadel agua del condensador: 7 a 8ºC superior.

27.

• Válvula de expansión manual.

• Válvula de expansión automática.

• Válvula de expansión termostática.

• Válvula de expansión electrónica.

28. La válvula de expansión termostática o válvula de termo-expansión,es un dispositivo de medición diseñado para regular el flujo derefrigerante líquido hacia el evaporador, en la misma proporción enque el refrigerante líquido dentro del evaporador se va evaporando.Esto lo logra manteniendo un sobrecalentamiento predeterminadoa la salida del evaporador (línea de succión), lo que asegura que todoel refrigerante líquido se evapore dentro del evaporador, y quesolamente regrese al compresor refrigerante en estado gaseoso. Lacantidad de gas refrigerante que sale del evaporador puede regularse,puesto que la válvula de expansión termostática responde a:

642



- La temperatura del gas que sale del evaporador.

- La presión del evaporador.

Las principales funciones de una válvula de termo expansión son:reducir la presión y la temperatura del líquido refrigerante, alimentarlíquido a baja presión hacia el evaporador, según la demanda de lacarga, y mantener un sobrecalentamiento constante a la salida delevaporador.

29. Válvulas de paso, de servicio para compresor, de servicio para depósitode líquido.

30. Una bomba de calor es un equipo central acondicionador de aire,con ciclo reversible. En el verano, el refrigerante absorbe calor delinterior de edificio y lo expulsa al exterior. En el invierno, el ciclo seinvierte, el refrigerante absorbe calor del exterior y lo libera dentrodel edificio. El condensador y el evaporador son obligados aintercambiar funciones, invirtiendo el flujo de refrigerante, y la válvulade cuatro vías es la que se encarga de esto.

31. Válvula reguladora derivación gas caliente o válvula reguladora decapacidad; estas válvulas se emplean para la reducción de la capacidaddel compresor en instalaciones con uno o más evaporadores, cuandodescienden las necesidades de frío, evitando, por medio del controlde baja presión, que ésta no se reduzca excesivamente por causa dela carga reducida, con la consiguiente y peligrosa admisión derefrigerante líquido en el compresor que contribuye a la ebullicióny fuga de aceite en el cárter del mismo. Su objeto no es, sin embargo,mantener constante la presión de aspiración, sino evitar oscilacionesmuy fuertes, reduciendo la capacidad del compresor cuando éste noincorpora otro sistema regulador de la misma. Estas válvulas actúanabriendo el paso a medida que la presión cae por debajo del límiteestablecido. En el período de servicio normal, mientras la aspiraciónse halla por encima del valor ajustado, la válvula queda cerrada,abriendo a medida que desciende dicha presión. Se monta haciendoun «by pass» que comunica la descarga del compresor a la línea deaspiración. Al abrirse la válvula pasa gas evaporado caliente a laaspiración, de forma que el compresor pueda absorber dichorefrigerante sin aumentar la refrigeración.

Mediante una válvula de tres vías, se lleva a cabo descargando el gasde los cilindros, durante los períodos de baja demanda, y desviándolohacia la succión. Cuando están desenergizadas, el gas de descargadel compresor sigue su ciclo normal hacia el condensador. Cuandose energiza la bobina, el gas de la descarga es entonces desviado allado de baja del sistema, reduciendo la capacidad. También, el gasde la descarga puede utilizarse para el deshielo del evaporador. Las

643



válvulas de solenoide de tres vías que se utilizan para descargar loscilindros.

32. El presostato de presión controla la presión de impulsión o dedescarga, interrumpiendo el circuito cuando el valor de dicha presiónse eleva por encima de un valor determinado, volviendo a poner enmarcha el compresor al restablecerse las condiciones defuncionamiento normales.

33. Como aparato de protección el presostato de presión baja detieneel compresor en caso que la presión de aspiración baja anormalmente,volviendo a poner en marcha el compresor una vez se restauren lascondiciones normales.

34. El presostato de presión controla a presión de impulsión o de descarga,interrumpiendo el circuito cuando el valor de dicha presión se elevapor encima de un valor determinado, volviendo a poner en marchael compresor al restablecerse las condiciones de funcionamientonormales.

Cuando la presión adquiere un valor por encima del ajustado, laválvula de descarga actúa como dispositivo de seguridad, lasobrepresión empuja el asiento de la válvula, abriendo el circuito yexpulsando el refrigerante o derivándolo a la zona de baja presiónde forma que el circuito quede en equilibrio.

En los sistemas de poca potencia, puede emplearse también un tapónfusible, consistente en un tapón de metal relleno de una aleacióncuyo punto de fusión es bajo (70-75ºC). Instalado en el condensadoro en el tubo de líquido entre él y el aparato de medición. Al producirseuna sobrepresión, con el derivado aumento de temperatura, el fusiblemetálico se funde, expulsando el refrigerante.

35. Existen en la actualidad sistemas completamente automatizados,mediante los cuales se puede obtener información acerca del sistema,registrar comandos y protocolos de funcionamiento, detectar fallosdel sistema o funcionamientos anómalos. Mediante tarjetas de interfazes posible recoger toda esta información y centralizarla en un únicopuesto remoto desde el cual pueda controlarse la instalación. En lasunidades que disponen de control microprocesado es posible obtenerun histórico de las alarmas y comprobar las condiciones en las quefuncionaba el sistema en el momento del fallo.

36. La función de las torres de refrigeración en las instalaciones frigoríficas(cuando éstas usan condensadores refrigerados por agua) es la deenfriar el agua de refrigeración del condensador, que por su parteabsorbe el calor que el refrigerante ha sustraído del local refrigerado.

En el interior de las torres se produce transferencias de calor y masadel agua al aire sobre el que es pulverizada:

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• Cierta cantidad de agua se evapora (transferencia de masa) alposeer una temperatura elevada y entrar en contacto con aireseco. Para evaporarse necesita cierta cantidad de calor que absorbede las gotas de agua que se encuentran a su alrededor, enfriándolas.

• Por otra parte existe cierta cantidad de calor (del orden del 10%)que se transfiere directamente al aire por conducción-conveccióndurante el contacto aire-agua.

37. El siguiente esquema recoge la tipología de torres de refrigeraciónexistente:

• Según si la corriente de aire de refrigeración se produce de modonatural o existe algún elemento mecánico exterior que provocadicha corriente.

- Torres de circulación natural: aquéllas en las que la circulacióndel aire de refrigeración se produce de modo natural:

• Torres atmosféricas: utilizan las corrientes de aire atmosférico(vientos).

• Torres de tiro natural: en ellas se induce una corriente deaire generalmente vertical ascendente a través del flujo deagua que cae en sentido vertical descendente. La inducciónse consigue con la construcción de chimeneas troncocónicasde gran altura y bases amplias. El agua calienta el aire interiorque tiende a subir y crear una corriente de aire ascendente,favorecida además por la diferente densidad del aire a laentrada y salida de la torre.

- Torres de tiro mecánico: en ellas existe algún elementomecánico (ventilador) que fuerza a que la corriente de aireatraviese la lluvia de agua de refrigeración:

• Torres de tiro natural asistido: son torres de tiro naturalinducido en las que, para permitir disminuir el tamaño dela chimenea (sección y altura), se instalan unos ventiladoresen la base abierta al exterior de la chimenea que se encargande introducir aire fresco exterior en la chimenea y facilitanla corriente vertical de aire.

• Torres de tiro mecánico: incorporan potentes ventiladores(en relación con las potencias de intercambio con las quetrabajan) que, por sí mismos, son capaces de generar lacorriente de aire que precisa el agua para ser refrigerada.

• Torres de tiro mecánico forzado: los ventiladores seinstalan en la entrada de aire.

• Torres de tiro mecánico inducido: los ventiladores seinstalan a la salida del aire.

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• Otras clasificaciones:

- Según el flujo relativo de aire y agua:

• Torres de flujo cruzado: en las que el flujo de aire y agua secruzan según dos direcciones perpendiculares entre sí.

• Torres de flujo a contracorriente: las direcciones de loscaudales de aire y agua son iguales pero sus sentidosenfrentados.

- Según la forma en la que el agua es distribuida:

• Torres de relleno laminar: para ampliar la superficie decontacto entre aire y agua el agua es forzada a formar películasde pequeño espesor.

• Torres de relleno de goteo: para lograr el mismo efecto elagua es pulverizada por difusores o forzada a chocar contrasuperficies que la dividen en finas gotas.

38. Las torres de refrigeración usadas en instalaciones frigoríficas secomponen, de modo general de las siguientes partes:

• Sistema de Distribución de Agua: encargado de conducir el aguadesde la balsa inferior de recogida de la torre de refrigeraciónhasta el punto de vertido superior de la misma, llevándola en eltrayecto a través del condensador del sistema de refrigeración,tramo en el que absorbe el calor que debe evacuar en la torre derefrigeración. Existen sistemas de distribución de agua por gravedady a presión.

• Relleno: es la parte de la torre que se encarga de maximizar elintercambio de calor entre aire y agua actuando de dos formas:aumentando el tiempo en que ambos fluidos están en contactoy aumentando la superficie específica del flujo de agua. Existenvarios tipos de rellenos:

- Rellenos de goteo: Su funcionamiento se basa en la roturade las masas de agua en gotas sucesivamente más pequeñasque presenten poca masa interior y faciliten la evaporaciónde parte de esas gotas a costa de un enfriamiento del restode la gota.

- Rellenos laminares: Su funcionamiento se basa en laconsecución de que el flujo de agua moje la mayor superficiede relleno posible, de modo que el espesor de la capa deagua sea lo menor posible, disminuyendo así su capacidadpara almacenar calor.

- Rellenos mixtos: En ellos se presentan conjuntamentepulverización y laminación del agua de refrigeración.

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• Deflectores de aire: Son los elementos encargados de dirigir elaire de entrada hacia el interior de la torre y hacerlo pasar a travésdel relleno.

• Eliminadores de gotas: Son elementos que impiden que el airearrastre gotas al ambiente exterior, evitando consumos de aguainnecesarios.

• Chimenea: se instalan para favorecer (de un modo no mecánico)el flujo de aire a través de la torre.

• Ventiladores: El ventilador es el equipo encargado de aportar elaire exterior a las torres de tiro mecánico. Fundamentalmente seusan dos tipos: axiales y centrífugos.

39. La energía cedida por el agua en forma de masa y calor debe serigual a la que absorbe la corriente de aire que atraviesa la torre. Dichoen modo de ecuación, la anterior afirmación se escribe como sigue:

En la que:

• L, representa el caudal másico de agua (kg/h)

• c, es el calor específico del agua (igual a 1 KCal/Kg ªC, por loque no se suele escribir en la ecuación)

• T1 y T2, representan la temperatura de entrada y salida del aguade la torre respectivamente (ªC)

• G, es el caudal másico de aire (Kg/h)

• h1 y h2, son la entalpía del aire a la entrada y a la salidarespectivamente (KCal/Kg)

A partir de la ecuación característica de una torre de refrigeraciónse definen los siguientes términos:

• El salto térmico es la diferencia de temperaturas entre el agua deentrada y el agua de salida (T1-T2).

• El Acercamiento es la diferencia entre las temperaturas de salidadel agua (T2) y la temperatura húmeda del aire (Th)

• La Eficiencia ( )de una torre mide el rendimiento de la mismarespecto a las condiciones de diseño (relación entre las condicionesreales alcanzadas en una torre y las máximas que teóricamentepodría alcanzar):

647



40. Según la ecuación característica de una torre de refrigeración:

Despejando el caudal de aire, se llega a:

Sustituyendo los valores del enunciado:

En la fórmula se ha trabajado con unidades del sistema internacionaly por ello el calor específico se ha tomado igual a 4,18 kJ/KgªC.

La potencia del equipo se define como:

Sustituyendo se obtiene la potencia del equipo:

41. La siguiente lista recoge las labores de mantenimiento habituales enlas torres de refrigeración:

• Sistema de distribución de agua:

- Limpieza de boquillas y pulverizadores.

- Limpieza de la balsa de recogida, fondo y elementos deaspiración.

- Comprobación del punto de funcionamiento de la bombay lubricación del eje de transmisión.

• Relleno:

- Revisión del estado general y la acumulación de suciedad detodos los elementos.

- Revisar su correcta ubicación para permitir el correcto flujode aire y agua, y la no existencia de tensiones que puedanllevar a la fractura de alguno de ellos.

• Deflectores y eliminadores de gotas:

- Comprobar si algún panel está roto, deteriorado o malcolocado, así como la existencia de huecos o desalineamientosque permitan una pérdida excesiva de agua. Examinar lossoportes y comprobar que no haya obstrucciones por depósitoso por crecimiento de algas.

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• Ventiladores:

- En los ventiladores de álabes de posición orientable deberárevisarse y ajustarse periódicamente dicha posición.

- En los ventiladores de álabes fijos hay que revisar el estadode la unión de los álabes con el eje ya que es el punto demayor esfuerzo y por donde suelen romperse estos elementos.

- En ambos casos habrá que revisar la presencia de suciedadsobre los álabes.

• Tratamiento del agua de recirculación: Realizar revisiones y análisisperiódicos sobre:

- La acidez y alcalinidad del agua.

- La aparición de incrustaciones.

- La corrosión de las partes metálicas de la instalación.

- Los crecimientos orgánicos.

- Los filtros del sistema.

42. El receptor de líquido tiene como función almacenar el refrigeranteen estado líquido con el fin de asegurar la compensación de lasvariaciones de volumen de fluido del circuito debidas a las diferentestemperaturas de funcionamiento y permitir la compensación deaperturas y cierres de la válvula de expansión que suministra fluidoal evaporador.

43.

• Válvula de expansión de tamaño superior al necesario.

• El bulbo de la válvula de expansión no hace correctamentecontacto en la línea de succión.

• La válvula de expansión está mal ajustada o en posición abierta.

• Sobrecarga de refrigerante en sistemas que usan tubo capilar.

• Falta de carga en el evaporador.

• Regreso de líquido al terminar el ciclo de deshielo con gas caliente.

44. Acumulador de succión y se instala entre el evaporador y el compresor,donde existe la posibilidad de regreso de líquido por la línea desucción.

45. La separación del aceite del fluido frigorígeno en un separador seobtiene mediante la combinación de tres procedimientos:

• Cambios bruscos de dirección del flujo de gas: La inercia tiendea proyectar las gotas de aceite a lo largo de las paredes donde sedecantan.

649



• Reducción brusca de la velocidad del gas refrigerante: Lasmoléculas pesadas de aceite no pueden ser arrastradas por elfluido gaseoso.

• Superficie de choque a la cual se va a adherir el aceite: Provocandoel mismo efecto que los dos sistemas citados.

46. El proceso por el que actúa la válvula de retorno de aceite:

• Al pararse el compresor y subir la presión de aspiración se abrela lengüeta y permite el retorno del retorno del aceite que contieneel gas evaporado.

• Al ponerse en marcha y descender la presión de aspiración enrelación con la del cárter, dicha lengüeta queda cerrada y evitael bombeo de aceite.

47. El aceite de retorno a los compresores debe depurarse previamentemediante filtros de malla metálica con el fin de retener las impurezasy asegurar la máxima calidad del aceite que lubrica el compresor.

48. Los principales efectos de los contaminantes sólidos:

• Rayar las paredes de los cilindros y los cojinetes.

• Obstrucción de la válvula de termo expansión o del tubo capilar.

• Alojarse en el devanado del motocompresor y actuar comoconductores, creando corto circuito, o actuar como abrasivos enel aislante del alambre.

• Depositarse en los asientos de las válvulas de succión o descarga,reduciendo significativamente la eficiencia del compresor.

• Tapando los orificios de circulación de aceite en las partes móvilesdel compresor, provocando fallas por falta de lubricación.

• Sirven como catalizadores (aceleradores) de la descomposiciónquímica de refrigerante y aceite.

El refrigerante y el aceite deben mantenerse libres de contaminantesy humedad a lo largo de todo el ciclo, para evitar que se produzcanproblemas de funcionamiento en la válvula de expansión, tubo capilaro compresor; por tanto, antes de la puesta en marcha de de lainstalación debe eliminarse la humedad por vacío, durante elfuncionamiento y para asegurar el funcionamiento óptimo se deberecoger y almacenar suciedad y humedad mediante filtros

49. El indicador de líquido y humedad es un dispositivo que revela lapresencia de exceso de humedad y permite comprobar la circulaciónde refrigerante líquido a través del visor. El indicador dispone de unpapel filtro poroso que cambia de color en función de la presenciade exceso de humedad, el cambio será reversible, volviendo al colorinicial una vez se ha eliminado la humedad.

650



50. Atendiendo al Reglamento de Seguridad para Plantas e InstalacionesFrigoríficas queda prohibido el uso del cobre con el amoníaco.

51. Las aleaciones de estaño para soldaduras blandas a temperaturas deservicio inferiores a -10º C.

52. Las principales características y ventajas de la tubería de cobre son:

• Resistencia a la corrosión.

• Se fabrican sin costura.

• Continuidad de flujo.

• Facilidad de unión.

• Fácil de cortar y de soldar.

53. Las tuberías de cobre para las instalaciones frigoríficas tienen queestar deshidratadas, limpias y secas, en todo momento, tapar los tubosdurante el suministro y ejecución de los trabajos evita la entrada decontaminantes.

54. Con el fin de proteger las instalaciones contra la disipación de energía,se emplean materiales aislantes. Los materiales aislantes son malosconductores del calor; estos materiales poseen la característica deestar formados por celdillas o células cerradas que contienen aireseco o en reposo u otros gases con coeficientes de conductividadtérmica muy reducida. La efectividad del material aislante provocaun ahorro energético en la instalación, ya que aislar de forma adecuadalos elementos portadores de energía, ocasiona una reducción en laspérdidas, evita las condensaciones y facilita el mantenimiento de latemperatura en el interior de la cámara o tubería.

55.

• Presentar baja conductividad térmica.

• Baja higroscopicidad.

• Imputrescible.

• Inodoro, con el fin de no transmitir olores a los alimentoscontenidos en las cámaras frigoríficas.

• No servir como alimento a parásitos.

• Neutros químicamente frente a los otros materiales que debanestar en contacto con él.

• Presentar resistencia a la compresión y a la tracción (cargaspresentes en la formación de las cámaras).

• Impermeable al agua, de modo que no pueda formarse vapor deagua o congelación de agua en el interior del aislante.

651



• Presentar un comportamiento plástico, para adaptarse a la obrassin romperse.

56. Fibra de vidrio, llana de roca, vidrio expandido o celular, espuma devidrio, espumas de PVC, espumas de poliestireno (expandido oextruído), espumas de poliuretano, corcho, fibras de madera, fieltro,lana, seda, crin animal

57. Un lubricante tiene por función disminuir el rozamiento entre dosmateriales en contacto, facilitando el movimiento relativo de unorespecto al otro, evitando el excesivo aumento de temperatura entreellos y reduciendo su desgaste.

Dentro de las instalaciones frigoríficas, el compresor es el elementocon mayor necesidad de lubricación: pistón en el interior del cilindro,válvulas de aspiración y descarga, ejes en los cojinetes de fricción,paletas del rotor contra la cara interna del cuerpo en los compresoresrotativos de paletas, excéntrica contra la cara interna del cuerpo enlos compresores rotativos de tipo excéntrico, entre los engranajesque forman los ejes rotativos de los compresores de tornillo, etc.

El lubricante además debe actuar como cierre hidráulico o tapón alas fugas del fluido comprimido, dada su mayor densidad relativa yla imposibilidad que presenta aquél para desplazarlo de los espaciosreservados para el desplazamiento de los elementos mecánicos.

58. Según su origen, los lubricantes se clasifican en: lubricantes de origennatural (animal, vegetal o mineral) y lubricantes de origen sintético.

Los aceites de origen animal y vegetal se descomponen a altastemperaturas y no pueden ser refinados. En esas condiciones y al serexpuestos al régimen de una instalación frigorífica se comportan demodo inestable, tienden a formar ácidos y gomas, y además, secongelan fácilmente; por lo que no son adecuados para refrigeración.

Los aceites minerales son derivados del petróleo. De entre ellos losde base nafténica (frente a los de base parafínica o aromática) sonlos que más se están utilizando en refrigeración, tras procesos deultra-refinado ya que: fluyen mejor a bajas temperaturas, conservanmejor su viscosidad, producen menos depósitos de cera, los depósitosde carbón formados por estos aceites son ligeros, y se eliminanfácilmente, son más estables térmica y químicamente.

Los aceites sintéticos se obtienen en laboratorio a partir de reaccionesquímicas. Se fabrican enfatizando las propiedades de miscibilidadcon los refrigerantes, resistencia a bajas y a altas temperaturas,excelente poder lubricante, y 100% libres de cera. Existen varios tipospero los que mejor resultado dan en refrigeración son los depolialquilenglicol (PAG) y los de poliol éster (POE).

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59. Un buen aceite para refrigeración debe reunir las cualidades que acontinuación se listan:

• Mantener su viscosidad a altas temperaturas.

• Mantener buena fluidez a bajas temperaturas.

• Ser miscible con los refrigerantes a las temperaturas de trabajo.

• Tener buena (alta) capacidad dieléctrica.

• No tener materia en suspensión.

• No debe contener ácidos corrosivos o compuestos de azufre.

• No formar depósitos de cera (flóculos) a las bajas temperaturasdel sistema.

• No dejar depósitos de carbón al entrar en contacto con superficiescalientes dentro del sistema.

• No contener humedad.

• No formar espuma.

• Ser química y térmicamente estable en presencia de refrigerantes,metales, aislamientos, empaques, oxígeno, humedad y otroscontaminantes.

60. Viscosidad

Viscosidad es la resistencia a fluir que tienen los líquidos. A mayorviscosidad, mayor será la energía necesaria para hacer deslizar entresí dos superficies lubricadas con el aceite. Es función de la temperaturaa la que esté el lubricante; según desciende la temperatura, aumentala viscosidad.

Punto de escurrimiento

El punto de escurrimiento es la temperatura más baja a la cual puedefluir un aceite. Por definición, el punto de escurrimiento es 3°Cmayor que la temperatura a la cual el aceite cesa totalmente de fluir;es decir, el punto de escurrimiento es 3°C, arriba de la temperaturade congelación del aceite.

Punto de floculación

El punto de floculación es la temperatura a la cual un aceite empiezaa formar depósitos de cera (flocular). Un aceite para refrigeración,no debe flocular al ser expuesto a la temperatura más baja del sistemade refrigeración.

Número de neutralización

El número de neutralización es una medida de la estabilidad de unlubricante y del grado de refinamiento al que ha sido sometido.

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Mide la cantidad de ácidos contenidos en el aceite y se obtiene segúnla cantidad de base que hay que añadirle para neutralizarlo (que lamezcla una acidez nula).

Carbonización

La carbonización es el proceso a través del cual, y por aplicación decalor, a un derivado del petróleo se le extraen todos sus elementosvolátiles. Al cociente entre el peso del residuo seco que permanecetras la carbonización y el peso del fluido inicial es el valor de carbón.El residuo seco delata el origen del crudo y el valor de carbón elgrado de refino de un aceite.

61. Los aditivos se añaden a los lubricantes para mejorar algunas de suscaracterísticas físicas, químicas o físico-químicas.

Entre las propiedades físicas se suele mejorar la viscosidad y el puntode congelación. Entre las químicas, la tendencia a la oxidación y ala corrosión. Y entre las propiedades físico-químicas, el valor decarbón y el índice de floculación.

62. Los refrigerantes o fluidos frigoríficos tienen por función tomar elcalor del interior de los locales a refrigerar y transvasarlo al ambienteexterior.

El calor se puede transportar en forma de calor latente o en formade calor sensible. En el primer modo, el fluido sufre un cambio deestado (de líquido a vapor) para absorber calor y otro cambio (devapor a líquido) para cederlo, los refrigerantes que trabajan de estemodo se denominan frigorígenos.

El calor se transporta de modo sensible cuando el refrigeranteúnicamente sufre un aumento de temperatura para absorber calory un descenso para cederlo. Los refrigerantes en este caso sedenominan frigoríferos.

63. Presión de vapor

Es conveniente que sea superior a la presión atmosférica para evitarque en las zonas de baja presión algún poro en la instalación provoquela entrada de aire y humedad en el circuito. Aparte de esta salvedad,es recomendable que sea lo más baja posible, de modo que la presiónen el circuito no sea elevada.

Presión de condensación

Cuanto más baja sea, menos exigencias se le solicitará a las tuberíasy elementos auxiliares de la instalación con el menor coste y lasmenores necesidades de mantenimiento que ello conlleva.

Calor latente de vaporización

El calor latente de vaporización del refrigerante relaciona la cantidad

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de calor que es necesario extraer del recinto a refrigerar con lacantidad de refrigerante que es necesario tener en la instalación. Amayor calor de vaporización, menor cantidad de refrigerante esnecesaria para extraer una determinada cantidad de calor.

El tamaño de las tuberías, válvulas, depósito de acumulación delíquido y compresor aumenta según aumenta la cantidad derefrigerante. Por ello es recomendable que el calor de vaporizaciónsea lo más elevado posible.

64. Los problemas que presenta el agua en la instalación son los siguientes:

• El exceso de humedad puede congelarse a bajas temperaturas yrestringir o detener el paso de refrigerante, a través de la válvulade expansión o del tubo capilar, dadas las reducidas seccionesque estos elementos poseen.

• El exceso de agua puede reaccionar con el refrigerante formandoácidos corrosivos, los cuales causarán atascamientos, corrosión,quemaduras del motocompresor, y en general, deterioro delsistema de refrigeración.

65. Debido a los problemas que plantean los rozamientos entre partesmecánicas en movimiento, es imprescindible la presencia de lubricanteen el compresor y que éste entre en contacto con el refrigerante asu paso.

Para algunas de las partes de la instalación es recomendable queaceite y refrigerante sean solubles, y para otras, la solubilidad planteainconvenientes.

Como ventajas de la miscibilidad se tienen las siguientes:

• La facilidad relativa que tiene el aceite para retornar al compresor.

• La lubricación de todas las partes del sistema teniendo aceiteúnicamente almacenado en el compresor.

En cambio, la miscibilidad presenta las siguientes desventajas:

• La dilución del aceite en el cárter del compresor, que obliga a sureposición periódica para evitar la falta de lubricación cuando elnivel de aceite desciende.

• La disminución de la transferencia de calor en el evaporador, alcambiar las propiedades físicas del refrigerante.

• Problemas de control.

66. El hielo, el agua y su vapor componen el primer refrigerante históricousado como tal. Almacenando hielo o haciendo evaporar agua seconseguía mantener frías estancias o sustancias.

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En el siglo XVII, con las salmueras, se descubrió que era posiblealcanzar temperaturas inferiores por tener éstas puntos de fusiónmás bajos que el agua. En el siglo XVIII se trabajaba ya con agua apresiones menores que la atmosférica para facilitar su evaporacióny el enfriamiento que ello produce.

En el siglo XIX se desarrollaron máquinas para la compresión devapor y se probaron muchos fluidos como refrigerantes, entre losque sobresalieron el amoníaco (NH3), bióxido de carbono (CO2),bióxido de azufre (SO2), cloruro de metilo (CH3Cl) y en ciertamedida, algunos hidrocarburos. A finales del siglo, la refrigeraciónmecánica estaba firmemente establecida.

En las décadas siguientes, la atención fue orientada hacia elmejoramiento del diseño mecánico y la operación de los equipos. Seseguía, sin embargo, trabajando principalmente con el SO2, con losriesgos que su toxicidad y corrosividad. Otros refrigerantes resultabanmuy inflamables.

Sobre los años treinta del pasado siglo, se volvió a investigar duramentecon el fin de encontrar refrigerantes que eliminaran los inconvenientesanteriores. Se desarrollaron los clorofluorocarbonados y los equiposnecesarios para que las instalaciones frigoríficas pudieran trabajarcon ellos.

Los clorofluorocarbonados marcaron el desarrollo de la industriafrigorífica hasta los años 80, cuando se comprobó que al quedar libresen la atmósfera destruyen la capa de ozono de ésta.

Desde entonces hasta ahora, normativa e industria han trabajadopara desarrollar refrigerantes libres de cloro, trabajando primero enencontrar refrigerantes de sustitución que permitan usar los equiposantiguo, y segundo, en hallar refrigerantes no peligrosos para elmedio ambiente.

El amoníaco, por su parte, ha seguido usándose desde sudescubrimiento como refrigerante en las instalaciones industriales,donde su peligrosidad es más fácilmente controlable.

67. El siguiente esquema resume las acciones principales a realizar paracargar de refrigerante una instalación frigorífica:

• Debe haberse realizado con anterioridad la prueba de estanquidaddel sistema y haberse vaciado la instalación del gas que se hayausado para realizar dicha prueba.

• A continuación se crea el vacío en el interior de la instalación;para ello:

- Se conecta un puente de manómetros en las válvulas deservicio del compresor.

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- Se conecta la bomba de vacío al orificio libre del puente demanómetros y se pone en funcionamiento hasta que sealcance la subpresión necesaria.

• Se desconecta la bomba y se instala la botella o cilindro de cargay sus elementos accesorios necesarios para control de la cantidadde fluido metido.

• Se abre la válvula del elemento de carga y se purga el aire dellatiguillo de conexión antes de abrir la llave del puente.

• Aportar calor a la botella de carga en caso necesario (para queno se congele el refrigerante en su interior).

• Cuando se alcance en el interior de la instalación la presiónnecesaria, o cuando se haya introducido la cantidad óptima derefrigerante, se cierra la válvula de carga.

68. Recuperación

Remover el refrigerante de un sistema en cualquier condición quese encuentre, y almacenarlo en un recipiente externo, sin que seanecesario hacerle pruebas o procesarlo de cualquier manera.

Reciclado

Limpiar el refrigerante para volverlo a utilizar, para lo cual hay quesepararle el aceite y pasarlo una o varias veces a través de dispositivos,tales como filtros deshidratadores de tipo recargable de bloquesdesecantes, lo cual reduce la humedad, la acidez y las impurezas. Estetérmino, generalmente se aplica a procedimientos implementadosen el sitio de trabajo, o en un taller de servicio local.

Reproceso

Reprocesar el refrigerante hasta las especificaciones de un productonuevo por medios que pueden incluir la destilación. Esto requeriráanálisis químicos del refrigerante, para determinar que se cumplancon las especificaciones apropiadas del producto. Este término,generalmente, se refiere al uso de procesos o procedimientos,disponibles solamente en instalaciones o plantas que tienen la facilidadde reprocesar o fabricar refrigerantes. Esto también abarca talleresde servicio que estén equipados con equipos altamente técnicos.

69. Los siguientes criterios marcan el buen funcionamiento de unainstalación de refrigeración.

• Temperatura alcanzada y mantenida en el recinto refrigerado.

• Temperatura de vaporización dentro del rango de diseño.

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• Temperatura de condensación dentro del rango de diseño.

• Presión de descarga dentro del rango de diseño.

• Subenfriamiento normal en el condensador.

• Recalentamiento normal en el evaporador.

• Diferencias de temperatura normales en los intercambiadores.

• Potencia absorbida por el compresor dentro de los rangos dediseño.

• Ningún ruido sospechoso ni vibraciones anormales.

• Color del aceite y nivel normales.

• Ninguna traza de grasa en el exterior del circuito.

• Los otros criterios de buen funcionamiento son los ajustes correctosde los órganos de seguridad:







70. Para conocer el estado de una instalación, hay que realizar lacomprobación de los siguientes puntos de control:

• Temperatura del evaporador.

• Presión de aspiración.

• Temperatura de la cámara o espacio refrigerado.

• Presión de alta.

• Temperaturas de las líneas de aspiración y líquido.

• Ruido de la válvula de expansión.

• Tiempo de funcionamiento.

• Ruidos extraños.

71.

• Llaves de carraca para acceder a las válvulas de aspiración yexpulsión del compresor.

• Juego de manómetros para alta y baja presión con suscorrespondientes latiguillos de conexión.

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• Vacuómetro, para controlar los procesos de vaciado de lainstalación.

• Higrómetro.

• Termómetro electrónico con sonda de contacto y sonda detemperatura ambiente.

• Voltímetro y medidor de tenazas.

• Kit de medida de acidez.

• Anemómetro, en el caso de instalaciones que trabajen conevaporadores o condensadores de aire.

72. Abocardador

Se utiliza para generar un cono a 45º en el extremo libre de unatubería para permitir la unión entre tubería y accesorios, de maneraque se facilita la estanquidad de la unión.

Escariador

Útil que sirve para suavizar los bordes de una tubería a la que se leha realizado un corte.

Vacuómetro

Es el aparato que se utiliza para medir el vacío generado en unainstalación.

Cilindro de carga

Se trata de un envase de volumen muy determinado usado para llenarinstalaciones con la cantidad justa de fluido refrigerante.

Para grandes instalaciones los cilindros vienen dotados con algúntipo de accesorio calefactor que impide que la botella se congeledebido a la expansión del gas en su interior. Se acompañan con unmanómetro para controlar la presión del refrigerante durante lacarga

Puente de manómetros

Es un conjunto de dos manómetros, un colector de unión y variasválvulas de corte que permiten de un modo sencillo realizar lasoperaciones de carga y vaciado de refrigerante, y control de presionesde funcionamiento.

Un manómetro controla la presión de alta mientras que el otro hacelo mismo con la de baja. Con las llaves de seccionamiento se puedecambiar la configuración del puente de modo que el mismo elementose usa para todas las funciones descritas

659



73. Alta presión de condensación

• Aire o gases no condensables en la instalación.

• Superficie del condensador demasiado pequeña.

• Exceso de refrigerante en el sistema (acumulación de refrigeranteen el condensador).

• Regulación de condensación ajustada a una presión demasiadoalta.

• Temperatura de admisión del aire o del agua en el condensadordemasiado elevada.

• La bomba del condensador está averiada.

• Caudal de agua insuficiente en el evaporador.

• El circuito de líquido anterior o después de la válvula de expansiónse encuentra obstruido (impurezas).

• Presión de evaporación demasiado baja.

• Temperatura del agua de enfriamiento excesiva.

• Caudal de agua demasiado pequeño.

• Sedimentos de suciedad en el interior de las tuberías de agua.

• Bombas de agua de enfriamiento defectuoso o fuera de servicio.

El compresor enfría, pero no para o funciona demasiado tiempo

• El refrigerante no circula adecuadamente:

- Válvula de líquido cerrada parcialmente.

- Filtros obturados.

- Válvula de solenoide obturada.

- Línea de líquido o aspiración obturada.

- Falta de refrigerante.

- Válvula de expansión demasiado abierta o cerrada.

- Sensor de la válvula de expansión descargado.

- Válvula de expansión colocada en un lugar demasiado frío.

• Compresor no apropiado:

- Pérdida en las válvulas de aspiración.

- Equipo de baja capacidad.

• Falta de rendimiento por ser demasiado elevada la presión altadel sistema.

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• Sobrecarga en el equipo:

- Elevada carga térmica instantánea en la atmósfera refrigerada.

- Fuga térmica en el recinto.

- Compresor y evaporador pequeños.

74. Recoger el refrigerante en el depósito

Se consigue cerrando la llave de paso a la salida del depósito derecogida de líquido y esperando a que el manómetro de baja marquepresión nula. En dicho momento se cierra la llave de aspiración delcompresor y se para el compresor.

Eliminar la humedad en una instalación frigorífica

Los métodos para eliminar la humedad en las instalaciones frigoríficasse reducen a la instalación de filtros secadores y al vaciado de lasmismas de sus fluidos refrigerante y lubricante, para limpiar tantoestos fluidos como la instalación en sí, sometiéndola a barridos conaire caliente, gases inertes y formación de vacío en su interior.

Limpiar un circuito

En función del contaminante a eliminar (agua, humedad o hidratos;o aceites y ácidos) se selecciona el disolvente a utilizar.

La limpieza se efectúa por tramos. Con el circuito vacío de refrigerantese procede a:

• Desconectar el compresor.

• Desconectar las válvulas de expansión y regulación.

• Desconectar el filtro deshidratador.

• Desconectar elementos como el evaporador y el condensadorpara sectorizar la limpieza.

• Limpiar los elementos singulares con disolvente y dejar secar.

• Los tramos de circuito se someten sucesivamente a un barrido dedisolvente presurizado con un gas inerte (generalmente nitrógeno):

- Por una parte se conecta la botella con el nitrógeno a presióny el disolvente y por el otro extremo se conecta a un depósitoo recipiente de recogida de los residuos.

- Se abre la descarga de disolvente hasta que en el recipientese recoja disolvente limpio.

- Se cierra la descarga y se realiza un segundo barridoúnicamente con nitrógeno, para eliminar el resto dedisolvente.

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• Cuando se ha realizado la limpieza de todos los elementos, sevuelven a conectar, se realiza el vacío, se carga de refrigerante yse pone de nuevo en funcionamiento.

75. Las hojas de mantenimiento muestran todas las medidas y controlesque debe realizar el técnico al visitar la instalación.

Contienen una serie de huecos donde el mantenedor debe ir anotandolas medidas de las diferentes magnitudes que va tomando “in situ”:presiones y temperaturas del refrigerante en distintas partes del ciclo,temperatura en el interior del recinto refrigerado, caudales ytemperaturas del agua y/o aire de refrigeración,...

Contienen además una relación con las comprobaciones que debenrealizarse sin que de su ejecución se derive anotación numéricaalguna, como son: revisar ausencia de fugas o corrosiones en puntoscríticos, adecuada lubricación de las partes móviles visibles, adecuadosniveles de refrigerante y de lubricante,...

76. Del compresor se debe conocer:

• Tipo y capacidad.

• Tensiones e intensidades de funcionamiento en las condicionesde diseño.

• Potencia eléctrica consumida en las condiciones de diseño.

• Curvas de rendimiento y de potencia ante distintos regímenes decarga.

• Presiones máximas y mínimas de funcionamiento.

• Lubricantes que pueden ser usados.

77. En el mantenimiento de instalaciones frigoríficas se debe prestarespecial atención por la presencia de:

• Riesgos eléctricos.

• Riesgos originados por la existencia de refrigerantes tóxicos oinflamables.

• Riesgos originados en la ejecución de soldaduras.

• Riesgos originados por la presencia de depósitos y elementos apresión.

• Riesgos originados por la presencia de elementos a altas y bajastemperaturas.

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