Análisis de equipos de refrigeración

Técnico en Montaje y Mantenimientode Instalaciones de Frío,

Climatización y Producción de Calor

1Análisis de Instalaciones

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CICLO FORMATIVO DE GRADO MEDIO

MÓDULO

Instalaciones Frigoríficas

Título del Ciclo: TÉCNICO EN MONTAJE Y MANTENIMIENTO DE INSTALACIONES DE FRÍO, CLIMATIZACIÓN Y PRODUCCIÓN DE CALOR

Título del Módulo: INSTALACIONES FRIGORÍFICAS Dirección: Dirección General de Formación Profesional.

Servicio de Formación Profesional y Aprendizaje Permanente.

Dirección de la obra: Alfonso Gareaga Herrera Antonio Reguera García Arturo García Fernández Ascensión Solís Fernández Juan Carlos Quirós Quirós Luis María Palacio Junquera Manuel F. Fanjul Antuña Yolanda Álvarez Granda

Coordinación de contenidos del ciclo formativo: Javier Cueli Llera

Autor: Efrén Andrés Díaz

Desarrollo del Proyecto: Fundación Metal Asturias

Coordinación:

Javier Maestro del Estal Monserrat Rodríguez Fernández

Equipo Técnico de Redacción: Alfonso Fernández Mejías Nuria Biforcos Fernández Laura García Fernández María Mera López

Diseño y maquetación: Begoña Codina González Sofía Ardura Gancedo Alberto Busto Martínez María Isabel Toral Alonso

Colección: Materiales didácticos de aula Serie: Formación Profesional Específica Edita: Consejería de Educación y Ciencia Dirección General de Formación Profesional Servicio de Formación Profesional y Aprendizaje Permanente ISBN: En trámite Depósito Legal: En trámite Copyright: © 2007. Consejería de Educación y Ciencia Dirección General de Formación Profesional Todos los derechos reservados. La reproducción de las imágenes y fragmentos de las obras audiovisuales que se emplean en los diferentes documentos y soportes de esta publicación se acogen a lo establecido en el artículo 32 (citas y reseñas) del Real Decreto Legislativo 1/2.996, de 12 de abril, y modificaciones posteriores, puesto que “se trata de obras de naturaleza escrita, sonora o audiovisual que han sido extraídas de documentos ya divulgados por vía comercial o por Internet, se hace a título de cita, análisis o comentario crítico, y se utilizan solamente con fines docentes”. Esta publicación tiene fines exclusivamente educativos. Queda prohibida la venta de este material a terceros, así como la reproducción total o parcial de sus contenidos sin autorización expresa de los autores y del Copyright.

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Análisis de Instalaciones 1

3

Objetivos ............................................................................................. 4

Conocimientos ..................................................................................... 5

Introducción ........................................................................................ 6

Contenidos generales ........................................................................... 6

Fundamentos de la máquina frigorífica .............................................. 7

Instalación frigorífica elemental ......................................................... 13

Instalación frigorífica comercial ......................................................... 21

Instalación con condensador de agua ................................................ 33

Reguladores de presión ..................................................................... 41

Sistemas de desescarche ................................................................... 48

Resumen de contenidos........................................................................ 62

Autoevaluación .................................................................................... 67

Respuestas de actividades . ................................................................... 72

Respuestas de autoevaluación .............................................................. 75

Sumario general

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Módulo: Instalaciones Frigoríficas Té

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Al finalizar el estudio de esta unidad serás capaz de:

Comprender el fundamento de las máquinas frigoríficas y las transformaciones que experimentan en su interior los fluidos refrigerantes.

Analizar instalaciones frigoríficas, identificando sus componentes y la función que realizan.

Interpretar planos de instalaciones frigoríficas sencillas, relacionando los símbolos gráficos con los elementos reales y efectuando el análisis funcional de las mismas mediante la interpretación de sus planos.

Interpretar esquemas eléctricos de instalaciones frigoríficas, describiendo las distintas secuencias de funcionamiento.

Objetivos

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aCONCEPTOSS

• Saturación. Propiedades de saturación de los fluidos.

• Cambios de estado de los fluidos refrigerantes.

• Humedad relativa del aire y su influencia en la formación de escarcha.

PROCEDIMIENTOS SOBRE PROCESOS Y SITUACIONESS

• Descripción y análisis funcional de los cuatro elementos principales de la instalación frigorífica: compresor, condensador, evaporador y sistema de expansión.

• Descripción y análisis funcional de los elementos secundarios de la instalación frigo-rífica: deshumidificador, separador de aceite, recipiente de líquido, visor de líquido, válvula de solenoide, etc.

• Descripción y análisis funcional de los elementos de la instalación eléctrica: motor, fusible, relé de arranque, termostato, presostato, etc.

• Sistemas de desescarche; control y secuencia del desescarchado.

• Interpretación de planos de circuitos frigoríficos y eléctricos, y análisis funcional de la instalación a la vista de los mismos.

ACTITUDESS

• Analítica respecto a la influencia de los componentes en el funcionamiento de la ins-talación.

• Vigilante en lo que respecta a la seguridad y protección de los equipos.

Conocimientos que deberías adquirir

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Contenidos generales

La necesidad de almacenar alimentos en épocas de abundancia para ser consumidos en tiempos de escasez ha propiciado el desarrollo de distintas técnicas de conservación de los alimentos. La salazón, el ahumado o el desecado han sido —y siguen siendo— algunas de estas técnicas, pero es el frío el que más importancia tiene en la actualidad, pues es un procedimiento muy seguro y, usado adecuadamente, permite que los alimentos conserven íntegras todas sus cualidades.

Los alimentos se conservan en grandes cámaras frigoríficas, a partir de las cuales se distri-buyen, por medio de camiones frigoríficos, a los comercios y almacenes, para terminar finalmente en las neveras de los domicilios o restaurantes antes de ser consumidos.

También el frío ha ido adquiriendo importancia en el ámbito del confort. Las máquinas frigoríficas pueden enfriar el aire, creando ambientes que hacen más agradable el trabajo en las oficinas, la estancia en los hoteles, el consumo en los grandes almacenes…

Te animamos a una lectura atenta de esta unidad didáctica en la que podrás estudiar el funcionamiento de estos equipos.

En esta unidad didáctica estudiarás el funcionamiento de instalaciones frigoríficas en las que intervienen distintos componentes de uso habitual en el campo de la refrigeración comercial e industrial. Analizarás el funcionamiento de cada componente y su interven-ción en el conjunto de la instalación, utilizando para ello planos de circuitos frigoríficos y eléctricos. Podrás observar también las transformaciones que experimenta el fluido refrige-rante en su recorrido a lo largo de la instalación.

Introducción

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Desde tiempos inmemoriales el hombre utiliza el fuego para calentarse y pre-parar sus alimentos, y en la actualidad utiliza también la incandescencia de una resistencia eléctrica para el mismo fin. Pero, ¿y el frío? Sabemos que las máquinas frigoríficas consiguen temperaturas de muchos grados bajo cero aparentemente de la nada; ¿cómo lo consiguen?

Es sabido que si se suministra calor a una cierta cantidad de agua que se encuentre a la presión de 1 atmósfera, ésta aumentará su temperatura hasta alcanzar los 100º C, momen-to en el que comenzará a hervir. Durante la ebullición el agua absorberá calor, pero su temperatura permanecerá constante a 100º C hasta la completa vaporización del líquido.

La figura 1 muestra las distintas fases por las que pasa el agua al ser calentada; la experiencia se realiza en un recipiente provisto de un émbolo de peso despreciable en su parte superior, que se desplaza hacia arriba sin rozamiento a medida que aumenta el volumen del vapor.

a. Líquido subenfriado. La temperatura del líquido es inferior a la de ebullición.

b. Líquido saturado. Aparece la primera burbuja de vapor. El agua está a la temperatura de ebullición.

c. Vapor húmedo. Coexisten el estado líquido y el de vapor. El agua se mantiene a la temperatura de ebullición.

d. Vapor saturado. Se evapora la última gota de líquido. La temperatura sigue siendo la de ebullición.

e. Vapor recalentado. La temperatura del vapor es superior a la de ebullición.

Fundamentos de la máquina frigorífica

Fig. 1: Estados del agua bajo la presión de 1 atm.

Presión 1 atmósfera

<100ºC 100ºC

100ºC

100ºC >100ºC

a b c d e

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Si partiendo del estado “e” se deja enfriar el vapor, éste pasará en sentido inverso por los mismos estados antes descritos: vapor recalentado, vapor saturado (se condensa la primera gota de líquido), vapor húmedo, líquido saturado (se condensa la última gota de líquido) y líquido subenfriado.

El agua hierve a 100º C si la presión es de 1 atmósfera, pero a presiones más altas la temperatura de ebullición aumenta y a presiones más bajas disminuye; es decir, la temperatura de ebullición del agua depende de la presión a la que ésta se lleve a cabo. Esa es la razón por la que los alimen-tos cuecen más rápidamente en una olla a presión: el agua en su interior hierve a una temperatura superior a 100º C. Por la misma razón, el agua hierve a temperaturas inferiores a 100º C en las altas montañas, en las que la presión atmosférica es sensiblemente más baja que al nivel del mar.

Existe, pues, una relación entre la presión y la temperatura de ebullición del agua. La tem-peratura a la que hierve el agua a una determinada presión se denomina “temperatura de saturación” y a la presión correspondiente “presión de saturación”. En la tabla 1 se inclu-yen las propiedades de saturación del agua (recuerda que 1 atm = 760 mm de Hg).

PROPIEDADES DE SATURACIÓN DEL AGUA

Temperatura (ºC)

Presión absoluta (mm de Hg)

Temperatura (ºC)

Presión absoluta (mm de Hg)

-10 2,1 50 92,5 -5 3,2 60 149,4 0 4,6 70 233,7 5 6,5 80 355,1

10 9,2 90 525,8 15 12,8 100 760,0 20 17,5 110 1.074,0 25 23,7 120 1.489,1 30 31,8 130 2.026,2 40 55,3 140 2.711,0

Fig. 2: La temperatura de ebullición varía con la presión.

Tabla 1: Temperaturas de saturación del agua a distintas presiones.

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El concepto de “saturación” puede ser ilustrado mediante el siguiente experimento (fig. 3):

En un recipiente que se encuentra en un ambiente a cierta temperatura, por ejemplo 20º C, y en cuyo interior se ha efectuado el vacío (0 mm de Hg), se introducen lentamente gotas de agua. Las primeras gotas se transformarán en vapor que ocupará todo el volumen del recipiente y hará subir ligeramente la presión en su interior. A medida que se introduzcan más gotas la presión seguirá subiendo hasta que, alcanzado cierto valor, las gotas ya no se evaporarán, acumulándose el agua en estado líquido en el fondo del recipiente. En nuestro caso, en el que hemos considerado una temperatura ambiente de 20º C, esto sucederá cuando la presión en el recipiente alcance los 17,5 mm de Hg; diremos entonces que:

En el recipiente tendremos líquido en la parte inferior y vapor en la parte superior. Esta situación es, ciertamente, inestable pues bastará una pequeña variación de la presión o de la temperatura ambiente para que parte del agua se vaporice o se condense.

Si por medio de una bomba extraemos algo del vapor contenido en el recipiente, la pre-sión disminuirá ligeramente y parte del líquido se vaporizará para conservar la presión en el recipiente; esta vaporización conllevará una absorción de calor (Q) del ambiente (figura 4-A).

Fig. 3: Obtención de la presión de saturación del agua 20º C.

a b c d

0 mm de Hg 0 < mm de Hg < 17,5 17,5 mm de Hg 17,5 mm de Hg

La presión de saturación del agua a 20ºC es de 17,5 mm de Hg

O bien

La temperatura de saturación del agua a 17,5 mm de Hg es de 20º C

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Si introducimos vapor en el recipiente, la presión subirá en su interior y parte del vapor se condensará, cediendo calor al ambiente (figura 4-B).

Como vemos, el proceso de ebullición y condensación del agua puede llevarse a cabo variando tan solo la presión en el recipiente; de esa forma, el agua actúa como una “es-ponja térmica” capaz de absorber calor del ambiente cuando se baja su presión, y soltarlo —en el mismo u otro ambiente— cuando su presión aumente.

Para que el agua pueda hervir a temperatura ambiente es necesario que su presión sea muy baja, lo cual es un inconveniente a la hora de utilizarla como fluido enfriador en una má-quina frigorífica. Sin embargo, existen fluidos con una presión de saturación moderadamente elevada a temperatura ambiente; a estos fluidos se les denomina refrigerantes, y reciben nombres tales como R-134a, R-404a, etc. En la tabla siguiente puedes ver las propiedades de saturación de uno de estos fluidos (recuerda que 1 atm = 760 mm de Hg = 1,013 bar).

PROPIEDADES DE SATURACIÓN DEL R-134a

Temperatura (ºC)

Presión absoluta (bar

Temperatura (ºC)

Presión absoluta (bar)

-40 0,5 20 5,7 -30 0,8 25 6,7 -20 1,3 30 7,7 -10 2,0 35 8,9 -5 2,4 40 10,1 0 2,9 45 11,6 5 3,4 50 13,2

10 4,1 60 16,8 15 4,9 70 21,2 -40 0,5 20 5,7

Fig. 4: Absorción y cesión de calor al variar la presión en el recipiente.

A B

Tabla 2: Propiedades de saturación del R-134a.

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Como puedes comprobar, este refrigerante tiene una presión de saturación de 5,7 bares a una temperatura ambiente de 20º C, presión muy superior a los 0,02 bares (17,5 mm de Hg) que tiene el agua (figura 5).

Por otra parte, si se hace descender la presión en el recipiente hasta 2 bares, el refrigerante hervirá a -10º C (figura 6-a), y si se aumenta hasta 10,1 bares, el refrigerante condensará a 40º C (figura 6-b).

Efectuando las trasformaciones oportunas se puede construir la máquina que se muestra en la figura 7. Como puedes ver, la bomba C extrae el vapor del recipiente A y lo intro-duce en el B, haciendo descender así la presión en A y aumentándola en B. Si además el recipiente A se encuentra en el interior de un recinto debidamente cerrado y aislado (E), el aire que contiene se enfriará a medida que el refrigerante de A vaya absorbiendo ca-lor. Para lograr el retorno del líquido desde B hasta A se han comunicado ambos reci-pientes por medio de un tubo capilar (D); el escaso diámetro y gran longitud de este tubo produce una pérdida de carga que permite mantener la diferencia de presiones entre ambos recipientes.

Fig. 5: Presión de saturación del agua y del R-134a a 20º C. Agua R-134a

20º C

17,5 mm de Hg = = 0,02 bar

4276 mm de Hg == 5,7 bar

Fig. 6: Temperaturas de evaporación y condensación del R-134a obtenidas al variar su presión.

a

2 bar 10 bar

40º C-10º C

b

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Los elementos de esta máquina frigorífica reciben los nombres de evaporador (A), conden-sador (B), compresor (C) y sistema de expansión (D). Cualquier máquina frigorífica parte de estos cuatro elementos, aunque incorporan otros componentes con el fin de mejorar su funcionamiento y aumentar su rendimiento; de ello hablaremos en los siguientes capítulos.

Es necesario aclarar que la temperatura del aire en el interior de la cámara nunca alcanza el valor de la temperatura de evaporación, permaneciendo siempre en valores ligeramente infe-riores; esto se debe principalmente a la entrada de calor a través de las paredes de la cámara y a la dificultad en la transmisión de calor entre un líquido y un gas. Esta diferencia de tempera-turas entre el refrigerante y el medio será objeto de atención en capítulos posteriores.

Fig. 7: Máquina frigorífica utilizando R-134a como refrigerante.

E

2 bar 10 bar

40º C-10º C

C

D

A B

ctiv

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a Averigua las temperaturas de los lugares que aparecen en lasfotografías sabiendo que el fluido que contienen los recipienteses R-134a

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0,8 bar 13,2 bar

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Piensa por un momento en cuántos sitios de tu entorno puedes encontrar una máquina que produce frío: en los supermercados, cafeterías, máquinas de re-frescos… En la mayoría de estos casos se trata de máquinas con una instala-ción frigorífica elemental, y es posible que una mirada atenta te permita des-cubrir los cuatro componentes fundamentales mencionados en el capítulo an-terior. ¿Sabías que las neveras domésticas tienen una instalación de este tipo? Quizá ha llegado el momento de observar este electrodoméstico desde un ángulo distinto al habitual.

La instalación frigorífica que te presentamos a continuación es una de las más sencillas de cuantas se utilizan en el enfriamiento de alimentos. Está constituida por los cuatro elemen-tos estudiados en el capítulo anterior: el compresor, el condensador, el sistema de expan-sión y el evaporador.

El circuito eléctrico es también muy sencillo, pues está formado por los elementos indis-pensables para que la máquina realice su trabajo automáticamente, sin menoscabo de la seguridad de las personas y de las instalaciones.

El dibujo de la página siguiente representa la instalación en pleno funcionamiento, es de-cir, con el compresor en marcha y el refrigerante circulando por el interior de las tuberías. Para mayor claridad hemos representado con distintos colores el estado en el que se en-cuentra el refrigerante en cada punto de la instalación.

Instalación frigorífica elemental

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Fig. 8: Instalación frigorífica elemental.

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Vapor húmedo a alta presión

Vapor recalentado a alta presión

Líquido subenfriadoa alta presión

6

21

3

Vapor húmedo a baja presión

Vapor recalentado a baja presión

Aceite

8

7

N

4

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Componentes del circuito frigorífico

A continuación describiremos brevemente los componentes de la instalación. El número que acompaña a su denominación se corresponde con el que tiene en la figura 8, con el fin de que puedas observar su situación en la instalación.

Compresor (1). En este caso se trata de un compresor hermético, el cual encierra en una misma carcasa al compresor y al motor eléctrico. Este tipo de compresor se denomina hermético porque la carcasa no se puede abrir para su reparación o mantenimiento.

Consta (figura 9) de un motor eléctrico (a) que hace girar al cigüeñal (b), el cual, por medio de una biela (c), transmite el movimiento ascendente y descendente al pistón (d). En la parte superior del pistón se encuentra la culata (e), con sus cámaras de baja presión (f) y de alta presión (g), así como las correspondientes válvulas de aspiración (h) y de descarga (i).

Exteriormente se distinguen tres tubos: el tubo de aspiración (j), por el que se introduce el refrigerante al interior de la carcasa del compresor; el tubo de descarga (k), a través del cual sale el refrigerante una vez comprimido, y el tubo de carga (l), utilizado en las opera-ciones de carga de refrigerante.

Condensador (2). En los frigoríficos domésticos este componente se sitúa en la parte poste-rior del mueble. Se trata de una tubería en forma de serpentín por cuyo interior circula el refrigerante, que se expone a la temperatura ambiente para su condensación. En su primer tramo, como indica la figura 8, tiene lugar el enfriamiento del refrigerante hasta la tempe-

Fig. 9: Partes de un compresor hermético.

f e g k

j

l

i

d

c

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ratura de condensación; la condensación tiene lugar en el tramo intermedio; en el último tramo, una vez que todo el refrigerante se ha licuado, se enfría el líquido a temperaturas inferiores a la de condensación.

Deshidratador (3). Consiste en un cartucho que se intercala en la tubería y que contiene una sustancia capaz de retener la humedad que haya podido quedar en el circuito frigorí-fico tras su fabricación.

Tubo capilar (4). Es el tubo a través del cual llega el refrigerante al evaporador. Tiene un diámetro muy pequeño —del orden de décimas de milímetro— y mucha longitud, lo que origina una gran pérdida de carga que permite mantener la diferencia de presiones necesaria para los cambios de estado del refrigerante. La longitud y el diámetro de este tubo determi-nan la diferencia de presiones que se establece en la instalación entre el condensador y el evaporador: cuanta más longitud y menos diámetro, mayor será la diferencia de presiones.

Evaporador (5). El evaporador adopta varias formas en los frigoríficos domésticos, aunque la más común es la de placas por cuyo interior circula el refrigerante. En algunos frigorífi-cos el evaporador no es visible, pues se instala oculto tras la pared interior del mueble.

Representación simbólica del circuito frigorífico

Cuando se realizan croquis o planos de instalaciones frigoríficas, se utilizan símbolos que representan de forma simplificada cada componente. En la figura 10 puedes ver la repre-sentación mediante símbolos de la máquina frigorífica que estamos estudiando; los símbo-los empleados son los que figuran en el “Reglamento de Seguridad para Plantas e Instala-ciones Frigoríficas”.

Fig. 10: Representación del circuito frigorífico mediante símbolos.

Evaporador Condensador

Tubo capilar Deshidratador

Motocompresor de pistones (hermético)

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Componentes del circuito eléctrico

En la figura 8 hemos representado los componentes eléctricos en la posición que ocupan aproximadamente en la máquina. Como puedes comprobar, el compresor tiene una caja de conexiones a la que llegan dos cables; a continuación te mostramos los elementos que se alojan en su interior así como el resto de componentes del circuito.

Fusible (6). Su función es proteger a los componentes eléctricos contra sobreintensidades elevadas, y más en concreto contra las debidas a cortocircuitos. Se trata de una cápsula de vidrio o cerámica que contiene en su interior un hilo conductor que se funde ante una sobreintensidad elevada.

Termostato (7). Este dispositivo (figura 12) abre o cierra un interruptor (a) en función de la temperatura reinante en el interior del mueble frigorífico. Consta de un bulbo (c) que se sitúa en el interior del mueble frigorí-fico y que contiene un fluido cuyo volumen aumenta o disminuye con los cambios de temperatura. Este bul-bo está unido a un fuelle (b) a través de un tubo capilar (d); cuando la temperatura del bulbo disminuye, el fuelle se contrae y abre el interruptor.

Fig. 11: Esquema del circuito eléctrico y detalle del inte-rior de la caja de conexiones.

Termostato

Protector térmico

Fusible

Motor eléctrico

Relé de arranque

Caja deconexiones

eléctricas del compresor

Fig. 12: Termostato de bulbo.

a

b

c d

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Caja de conexiones del compresor (8). En su interior se encuentran las tres conexiones de los devanados del motor (figura 13): común (C), principal (P) y auxiliar (A). A su vez se encuentra el relé de arranque y el protector térmico (Klixon).

En los compresores herméticos monofásicos, como el que nos ocupa, es necesario que un devanado auxiliar intervenga durante el arranque, pero éste ha de desconectarse una vez que ha arrancado el compresor. Para efectuar esta conexión momentánea del devanado auxiliar se utiliza un relé de arranque, el cual se instala conectado a ambos devanados del compresor. Durante el arranque, la elevada intensidad que circula por la bobina del relé origina una fuerza electromagnética que atrae al interruptor, cerrando sus contactos; el devanado auxiliar queda así activado. Una vez efectuado el arranque, la intensidad absor-bida por el motor disminuye, con lo que la bobina, al no tener la fuerza suficiente para mantener en su posición al interruptor, permitirá que éste vuelva a su posición inicial des-activando al devanado auxiliar.

El protector térmico (Klixon) protege al motor contra sobrecargas y altas temperaturas. Cuando tiene lugar una sobrecarga, su resistencia (figura 13) se pone incandescente y ca-lienta al bimetal, el cual, por efecto del calor, se deforma y abre el circuito. Debido a que el bimetal es sensible a cualquier aumento de temperatura, independientemente del moti-vo que lo produzca, estos protectores se instalan en contacto con la carcasa del compre-sor, detectando así posibles calentamientos y ocasionando la apertura del interruptor bime-tálico sin necesidad de que actúe la resistencia.

Análisis funcional

Al bajar el pistón el compresor aspira una porción de vapor refrigerante a través de la válvula de aspiración. Poco después, al iniciar el pistón su carrera ascendente, esta por-ción de refrigerante es comprimida hasta que su presión supera ligeramente a la reinante

Fig. 13: Componentes de la caja de conexiones del compreesor.

Devanado auxiliar

Relé de arranqueMotor eléctrico

Devanado principal

Interruptor Bobina

Bimetal

Resistencia

Protector térmico

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en la cámara de alta presión de la culata, momento en el que la válvula de descarga se abrirá.

Así pues, la porción de refrigerante previamente aspirada por el compresor, sale por el tubo de descarga dirigiéndose hacia el condensador. Su presión y temperatura son ahora altas, pero al ponerse en contacto con las paredes frías del condensador su temperatura descenderá paulatinamente. Una vez que la temperatura haya descendido lo suficiente, el refrigerante comenzará a licuarse; y lo hará a temperatura constante, pues se trata de un cambio de estado. Ya casi al final del recorrido, todo el refrigerante se habrá trans-formado en líquido. A partir de ese momento seguirá enfriándose ligeramente hasta abandonar definitivamente el condensador, y aún los seguirá haciendo en su camino hacia el evaporador.

Ya en estado de líquido subenfriado, el refrigerante atravesará el deshumidificador, el cual contiene una sustancia que retiene la humedad. La humedad en el interior del cir-cuito es perjudicial, pues puede congelarse en el capilar y formar un tapón que impida el paso de refrigerante. Por otra parte, degrada el aceite del compresor y oxida sus órganos mecánicos.

El refrigerante continúa su recorrido hacia el sistema de expansión —que en este caso es un tubo capilar—; debido a su reducido diámetro y a su longitud, el refrigerante experi-menta en su interior una pérdida de presión importante, saliendo por su otro extremo con una presión baja.

El refrigerante se encuentra ahora en el interior del evaporador. Su estado es mayoritaria-mente líquido, aunque una pequeña porción se ha evaporado tras la expansión. Debido a la baja presión reinante en el evaporador, el refrigerante comienza a hervir, lo que origina que absorba calor del ambiente —en este caso el aire del interior del mueble frigorífico—. Al tratarse de un cambio de estado, esta transformación tiene lugar a temperatura constan-te. Ya casi al final del evaporador, el refrigerante se habrá vaporizado completamente. El vapor aún se calentará ligeramente en su recorrido hacia la salida del evaporador, y aún lo seguirá haciendo en su camino hacia el compresor.

Debido a la vaporización del refrigerante, la temperatura en el interior del mueble frigorífi-co disminuye. Se debe regular el termostato para que abra sus contactos al alcanzar la temperatura deseada. La apertura de los contactos del termostato dejará sin tensión al compresor, que se detendrá. Durante la parada del compresor, la temperatura en el interior del mueble frigorífico subirá, lo que ocasionará que el termostato cierre de nuevo sus con-tactos y ponga en marcha al compresor.

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a En el supuesto de que la máquina frigorífica de la figura 8 tra-baje con R-134a, y que las presiones de alta y baja en la insta-lación sean respectivamente 10,1 bares y 1,3 bares, haz unaestimación de la lectura que efectuarán los termómetros a, b, c,d y e considerando las transformaciones que sufre el refrigeran-te en su recorrido a lo largo del condensador y del evaporador.

2

a e

b

c

Condensador

d

Evaporador

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Un puente de pequeñas dimensiones puede ser construido con unos pocos tablones y algunos clavos, pero no se puede utilizar una construcción tan elemental para salvar grandes distancias, pues aparecen inconvenientes que la hacen inviable. Algo parecido sucede con las instalaciones frigoríficas; a medida que aumenta su tamaño se ponen de manifiesto inconvenientes que deben ser subsanados ¿Cuáles son estos inconvenientes y qué procedimientos se emplean para subsanarlos?

Cuando se trata de enfriar una mayor cantidad de género, como sucede en los comercios de venta al pormenor (supermercados, pescaderías, carnicerías, etc.), es necesaria una mayor potencia, la cual conlleva una mayor complejidad de la instalación al tener que resolverse inconvenientes que en la instalación sencilla no se producen o lo hacen de for-ma poco apreciable.

La figura 14 de la página siguiente muestra una instalación frigorífica dotada de compo-nentes de uso habitual en cámaras frigoríficas comerciales. A su vez, la instalación eléctri-ca es ahora algo más compleja.

Aún así, hemos tratado de mantener una cierta simplicidad en la representación para que puedas deducir el funcionamiento de la máquina a la vista de las figuras.

Instalación frigorífica comercial

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Fig. 14: Instalación frigorífica comercial.




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Aceite

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L1 L2 L3 N

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Componentes del circuito frigorífico

A continuación incluimos una breve explicación de los nuevos elementos que aparecen en la instalación. No hacemos mención a los explicados en la instalación anterior, salvo que aquí presenten alguna novedad digna de ser destacada.

Compresor (1). En esta instalación se ha utilizado un compresor abierto (fi-gura 15), llamado así porque el motor (a) y el compresor (b) constituyen uni-dades independientes. El motor eléctri-co transmite el movimiento al cigüeñal del compresor a través de una correa (c) y unas poleas (d y e).

A su vez, el compresor está provisto de válvulas de servicio (f), las cuales disponen de un obturador (g) que, accionado mediante una llave, permite cerrar el paso de refrigerante hacia la toma manométrica (h) o hacia la tubería (i). En la figura 16 puedes observar el funcionamiento de una de estas válvulas: a) El obturador se encuentra en la parte superior de la válvula impidiendo el paso de refrigerante hacia el manómetro. b) El obturador está en una posición intermedia, permitiendo la entrada de refrigerante hacia el compresor y hacia el manómetro. c) El obturador se encuentra en la parte inferior de la válvula, impi-diendo la entrada de refrigerante hacia el compresor y hacia el manómetro.

Separador de aceite (3). El refrigerante sale del compresor mezclado con cierta cantidad de aceite; esto no representa un problema en las neveras domésticas, ya que la instalación es pequeña y la cantidad de aceite que sale del compresor no puede ser muy grande; el

Fig. 15: Compresor abierto.

g h

i

f

c b

a

d

e

g

h

fi

Fig. 16: Válvulas de servicio del compresor.

b c a

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aceite regresará mezclado con el refrigerante tras recorrer el circuito, o bien por goteo en las paradas del compresor.

Pero sí en las instalaciones grandes la salida de aceite del compresor puede resultar un pro-blema importante, ya que puede dejar al com-presor con una lubricación deficiente. Por otra parte, el aceite forma una película que dificul-ta la transmisión de calor en el condensador y el evaporador. El separador de aceite cumple la función de dejar pasar el vapor refrigerante y retener el aceite que viaja con él, devolvién-dolo de nuevo al compresor.

Los separadores de aceite utilizan diversos sistemas para llevar a cabo su función —el de la figura 17 incorpora un filtro separador (a)—; el aceite cae en el fondo del recipiente y cuando ha alcanzado cierto nivel, la válvu-la de flotador (b) se abre para que sea aspirado por el tubo (c) que comunica con el cárter del compresor.

Recipiente de líquido (5). Para asegurar una alimentación de refrigerante líquido al evapo-rador y disponer al mismo tiempo de una re-serva adecuada a las necesidades de la insta-lación, se incorpora un recipiente de líquido a la salida del condensador (figura 18). El refri-gerante líquido (b) se encuentra en la parte inferior del recipiente, y la parte alta está ocu-pada por vapor (a). El refrigerante líquido es absorbido por el tubo de salida del recipiente, el cual incorpora una válvula de servicio (c) similar a las del compresor.

Visor de líquido (7). Para comprobar que el refrigerante llega completamente líquido al sistema de expansión, se incorpora un visor de líquido, el cual permite ver a través de un vidrio el estado del refrigerante en el punto en el que se encuentra instalado. Es frecuente que el visor incorpore también un sensor de humedad, el cual cambia de color en función del contenido de humedad del refrigerante.

Válvula de solenoide (8). Esta válvula (figura 19) es accionada por una bobina (a) que abre o cierra el obturador (b) en función de que la bobina reciba o no corriente. Existen dos

Fig. 17: Separador de aceite.

a

b

c

Fig. 18: Recipiente de líquido.

a

b

c

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25

tipos: NO y NC; la válvula del primer tipo permanece abierta mientras la bobina no recibe corriente; la del segundo tipo —que es la que aparece en la figura— permanece cerrada al no recibir corriente.

Como se puede ver en la figura, es importante el sentido de colocación de la válvula, pues es la presión del refrigerante la que ayuda a mantenerla firmemente cerrada al actuar por la parte superior del obturador.

Válvula de expansión (9). Para aprovechar bien la superficie de intercambio del evapora-dor, la vaporización del refrigerante ha de producirse toda ella en el evaporador; además hay que evitar que el refrigerante salga en estado líquido del evaporador, pues puede lle-gar al compresor y ocasionar desperfectos en sus válvulas (se denomina “golpe de líqui-do”). Por estas razones, el refrigerante ha de salir del evaporador completamente evapora-do y, además, su temperatura ha de ser ligeramente mayor que la de evaporación (vapor recalentado). A la diferencia de temperaturas existente entre la de vaporización del líquido (vapor húmedo) y la de salida del evaporador (vapor recalentado) se la denomina “recalen-tamiento”.

La válvula de expansión (figura 20) permite que entre la cantidad justa de refrigerante al evaporador para obtener su máximo aprovechamiento. Tiene un obturador (a) unido solidariamente a un diafragma (c) en la parte superior, y a un muelle (b) en la parte inferior. A su vez, el diafragma recibe por su parte inferior el efecto de la presión del refrigerante que entra en el evaporador, y por la parte superior recibe la presión del fluido contenido en el bulbo (d). El bulbo —que contiene refrigerante en estado de “vapor húmedo”— se sitúa a la salida del evaporador para que detecte la temperatura del refrigerante en ese punto.

Fig. 19: Válvula de solenoide del tipo NC.

L

Válvula abierta

a b N

LN

Válvula cerrada

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Si el refrigerante llega en estado líquido a la salida del evaporador, tanto el bulbo como el refrigerante estarán a la misma temperatura, por lo que sus presiones se contrarrestarán, quedando el diafragma sometido tan solo al efecto del muelle, cuya fuerza mantiene ce-rrado el obturador.

Al mantenerse cerrado el obturador no pasará refrigerante al evaporador, que se irá va-ciando poco a poco. A medida que se vacíe el evaporador, el bulbo irá aumentando su temperatura y, en consecuencia, la presión en la parte superior del diafragma será mayor, llegando a un punto en que superará a la fuerza del muelle; en ese momento se abrirá el obturador para permitir el paso de refrigerante hacia el evaporador.

La válvula cuenta con un tornillo de regulación (e) que permite variar la presión que ejerce el resorte sobre la válvula. Cuanto más se apriete el tor-nillo de regulación más presión ejer-cerá el resorte sobre el obturador, necesitándose mayor presión en el bulbo para contrarrestarla. Ahora bien, una mayor presión en el bulbo implica una mayor temperatura del refrigerante en ese punto, y, en con-secuencia, un mayor recalentamiento.

Botella antigolpe de líquido (11). En los compresores abiertos el refrigerante entra direc-tamente a la cámara de baja presión de la culata. Si accidentalmente entrara refrigerante líquido al compresor, éste sería absorbido directamente por el pistón, produciéndose un

golpe de líquido contra las válvulas. Para evitar esto se instala este accesorio a la entrada del compresor, el cual, como puede verse en la figura 21, acumula el líquido en su parte baja (b) mientras que el vapor es absorbido por la parte alta (a).

La forma de sifón del tubo de aspiración se debe a que éste tiene un pequeño orificio en su parte baja (c) para permitir que el aceite que pueda acumularse en la botella (d) pueda ser absorbido de nuevo por el compresor; debi-do al pequeño diámetro de este orificio, el líquido refrige-rante que lo atraviesa se expansiona transformándose en vapor.

Fig. 20: Válvula de expansión termostática.

d

a

c

b e

Fig. 21: Botella antigolpe de líquido.

d

a

c

b

Unid

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27


La figura 22 muestra una representación de la máquina mediante símbolos. Para que pue-das identificar sus componentes, éstos llevan asignado el mismo número identificador que en la figura 14.

Circuitos eléctricos

Enumeramos a continuación los componentes eléctricos de la máquina y la función que desempeñan. Su numeración también se corresponde con la de la figura 14:

Presostato (13). Este dispositivo contiene un interruptor que abre o cierra sus contactos en función de la presión reinante en el diafragma al que está unido. El diafragma a su vez está en comunicación con el interior del circuito frigorífico.

Básicamente existen dos tipos de presostatos: de baja presión y de alta presión. Los de baja presión abren sus contactos cuando la presión en el circuito desciende por debajo del va-lor regulado en el presostato. Los de alta presión abren sus contactos cuando la presión supera al valor regulado.

Fig. 22: Esquema frigorífico de la instalación.

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3 4

21 11

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En nuestro caso se ha instalado un presostato combinado, que consiste en un presostato de baja y uno de alta reunidos en una misma carcasa.

Contactor (14). Se emplea como interruptor en el arranque de motores y otros aparatos eléctricos cuando la intensidad que circula por ellos es elevada. Se trata de un conjunto de interruptores accionados electromagnéticamente: mientras la bobina no recibe tensión los contactos están abiertos, y cuando llega tensión a la bobina los contactos se cierran.

Disyuntor (15). Se trata de un interruptor automático que desconecta al motor de la red cuando éste se encuentra sometido a una sobrecarga o bien cuando se produce un corto-circuito en la línea de alimentación. Tiene una maneta mediante la cual se pueden abrir o cerrar manualmente sus contactos.

Interruptor automático (16). Este interruptor protege a los elementos del circuito de man-do contra sobrecargas y cortocircuitos.

En la figura 23 hemos representado el circuito eléctrico dibujando por separado el circuito relativo al motor y su alimentación a la red (circuito de potencia) y el relativo al activado del contactor (circuito de mando). Como puedes observar, el mando se ha conectado entre una de las fases (L1) y el neutro, pues entre ellos la tensión es de 230 V.

Fig. 23: Esquemas eléctricos de la máquina.

16

L114

230/400V2

Esquema de potencia

15

Esquema de mando

MandoN

8

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L1 L2 L3 N

3 x 400 V

L1

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Para poner en marcha la máquina hay que girar la maneta del disyuntor (15) para que se cierren sus contactos; de esa forma llegará corriente hacia el circuito de potencia. Habrán de cerrarse también los contactos del interruptor automático (16) para permitir el paso de corriente al circuito de mando.

Al girar la maneta del disyuntor, también se cerrará su contacto auxiliar ubicado en el cir-cuito de mando, y que figura también marcado con el nº 15.

Hechas las operaciones anteriores, la corriente llegará a la bobina de la válvula de sole-noide (8) y también a la del contactor (14); la activación de ésta última provocará el cierre de sus contactos —representados en el esquema de potencia con el nº 14—, por lo que el motor (2) del compresor se pondrá en marcha.

o Conexión del motor eléctrico

Los motores eléctricos llevan adherida en el exterior una placa en la que figuran diversos datos relativos a sus características; uno de ellos es la tensión de alimentación. Los motores trifásicos incluyen en su placa de características dos valores de la tensión de alimentación, por ejemplo, 230/400V o 400/690V; la primera cifra indica la tensión nominal de los devanados.

Los devanados del motor pueden conectarse de dos formas: en estrella o en triángulo (figu-ra 24). En la conexión en triángulo los devanados están sometidos a la tensión de la red, mientras que al conectarlos en estrella esta tensión es más baja; su valor se obtiene divi-diendo la tensión de la red entre la raíz cuadrada de 3.

U1

Conexión en estrellaConexión en triángulo

L1 L2 L3

3 x 400 V

U2-V2-W2

V1 W1 V2-W1U2-V1

U1-W2

Fig. 24: Tensión que soportan los devanados dependiendo de la tensión de la red y del tipo de conexión.

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Por tanto, si la tensión en la red coincide con la primera cifra dada en la placa de caracte-rísticas, se conectará el motor en triángulo; por el contrario, si la tensión en la red coincide con la segunda cifra se conectará el motor en estrella.

Los bornes de los devanados del motor están dispuestos de forma que pueda efectuarse la conexión en estrella o en triángulo simplemente cambiando la posición de las placas que unen dichos bornes, tal como indica la figura 25.

En nuestro caso se ha conectado el motor en estrella, ya que se ha supuesto una tensión en la red de 400V y la placa de características indica una tensión de alimentación de 230/400V (ver esquema eléctrico de la figura 23).

Análisis funcional

El funcionamiento frigorífico de la máquina es similar al comentado en el capítulo anterior; téngase en cuenta que los aparatos incorporados al circuito mejoran su funcionamiento pero no suponen una variación sustancial de las cuatro transformaciones fundamentales: compresión, condensación, expansión y vaporización.

Según esto, el refrigerante saldrá del compresor en forma de vapor a alta presión; en el condensador se transformará en líquido a alta presión, cediendo calor al ambiente; al atra-vesar la válvula de expansión descenderá su presión y una pequeña parte se vaporizará; en el evaporador se vaporizará el resto de refrigerante líquido, absorbiendo calor del aire contenido en la cámara frigorífica.

L1

Conexión en triángulo

Fig. 25: Colocación de las plaquitas en la caja de bornes del motor.

Conexión en estrella

L2 L3

U1

U2

W2 W1

V2

V1 U1

U2

W2 W1

V2

V1

L1 L2 L3

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La temperatura descenderá en el interior de la cámara hasta alcanzar el valor regulado en el termostato, el cual abrirá sus contactos y desactivará a la válvula de solenoide. Puesto que esta válvula es NC, su desactivación producirá el cierre del obturador y dejará de pa-sar refrigerante hacia el evaporador.

El compresor, que no ha sido desactivado, seguirá absorbiendo refrigerante del evaporador y enviándolo hacia la zona de alta presión. Llegará un momento en que ya no quede refri-gerante entre la válvula de solenoide y la aspiración del compresor; en ese momento des-cenderá notablemente la presión, produciéndose la apertura de los contactos del presosta-to de baja. Cuando esto suceda, se desactivará la bobina del contactor, lo que producirá la apertura de sus contactos y, consecuentemente, la parada del compresor.

Durante la parada del compresor, la temperatura en el interior de la cámara comenzará a subir debido a la entrada de calor a través de sus paredes. Cuando la temperatura supere a la regulada en el termostato, la válvula de solenoide se abrirá de nuevo y el refrigerante volverá a circular por el circuito; la presión subirá y en consecuencia el presostato cerrará sus contactos, activándose el contactor y poniéndose en marcha el compresor.

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a En la figura se muestran:

• La red de alimentación, de 400 V, con tres fases y neutro.

• Un compresor con motor trifásico.

• La caja de conexiones del motor (debidamente ampliada).

• Un fragmento de la placa de características del motor(también debidamente ampliada).

• Tres plaquitas de conexión para efectuar la conexión enestrella o en triángulo.

A la vista de los datos aportados debes colocar correctamentelas plaquitas en la caja de conexiones y dibujar los cables ne-cesarios para conectar el motor a la re de alimentación.

3

Unid

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Como ya sabes, el refrigerante entra en el condensador en estado de vapor recalentado y, tras ser expuesto a la temperatura del aire ambiente, se con-densa y sale de él como líquido subenfriado. El aire es, en este caso, el medio utilizado para la condensación; pero no siempre se puede disponer de aire para este fin; ese es el caso de locales de reducidas dimensiones y con difi-cultades para la ventilación; en estos casos la temperatura del aire podría su-bir excesivamente, dando lugar a una condensación deficiente. En esos casos se plantea la necesidad de recurrir a otros medios. ¿Qué otros medios de condensación se pueden utilizar aparte del aire?

La instalación que te presentamos a continuación lleva incorporado un condensador de agua, el cual puede tomar agua de la red pública o del medio natural. Cuando el agua se toma de la red es conveniente reutilizarla, pues se trata de un bien escaso y cada vez más caro; para ello se hace recircular el agua tras ser enfriada en una torre de refrigeración u otro sistema de enfriamiento.

Además del condensador de agua, incluimos también otros componentes de uso común en las instalaciones frigoríficas comerciales.

Instalación con condensador de agua

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Fig. 26: Instalación con condensador de agua.




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Vapor recalentadoa baja presión

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L1L2L3N

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Componente del circuito frigorífico

En este apartado se incluye una explicación de los componentes que aparecen por primera vez en esta unidad didáctica, y también de aquellos que, habiendo sido ya comentados en capítulos anteriores, presenten en esta máquina características especiales.

Compresor hermético accesible (1). También llamado semihermético, se caracteriza por reunir en una misma carcasa al motor y al compresor. La ventaja que presentan respecto a los compresores herméticos es que pueden ser desmontados para reparaciones o trabajos de mantenimiento.

Condensador de agua (3). Está constituido por un recipiente cilíndrico cerrado que contie-ne al refrigerante durante su condensación. Este cilindro es atravesado longitudinalmente por varios tubos por cuyo interior circula el agua de condensación. Para que el agua circu-le más de una vez por el condensador, se cubren los extremos del cilindro con unas tapas con la forma adecuada para ello (figura 27).

Para un funcionamiento correcto del condensador el refrigerante debe entrar en forma de vapor por la parte superior, y acumularse en la parte inferior en estado líquido. Por su par-te, el agua fría deberá entrar por la parte baja y circular a contracorriente respecto al refri-gerante; de esta forma se mantiene una diferencia de temperaturas uniforme entre ambos fluidos, evitando el fuerte contraste se produciría si el refrigerante muy caliente se encon-trara inicialmente con el agua muy fría.

Cuando estos condensadores funcionen con agua de la red pública, ésta debe reaprove-charse estableciendo un ciclo que la enfríe una vez utilizada en la condensación. Para el enfriamiento del agua de condensación se utilizan torres de refrigeración, en las cuales se hace pasar el agua en forma de lluvia a través de una corriente de aire.

Fig. 27: Recorrido del agua por el condensador.

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Válvula presostática de agua (4). Su función es la de mantener una presión de condensa-ción constante. Para que se lleve a efecto la condensación debe existir una diferencia apreciable entre la temperatura del vapor refrigerante y la del agua de condensación, de lo contrario ésta sería deficiente. Por otra parte, una presión de condensación excesiva origi-na una sobrecarga innecesaria en los componentes de la instalación.

La temperatura de condensación desciende si el caudal de agua que circula por el conden-sador es abundante, y asciende cuando este caudal es escaso o nulo.

La válvula presostática de agua dispone de un obturador (a) fijado en su parte superior a un diafragma (b) sobre el que actúa la fuerza de un resorte (c); y en su parte inferior a otro diafragma (d) sobre el que actúa la presión de condensación. Cuando la presión de con-densación aumenta, el obturador asciende y deja pasar más agua hacia el condensador, produciéndose un mejor enfriamiento del refrigerante y, en consecuencia, descendiendo su presión. Inversamente, si la temperatura de condensación es baja el obturador descen-derá y dejará pasar menos agua hacia el condensador; consecuentemente la temperatura de condensación aumentará.

Se puede actuar manualmente sobre el resorte de la válvula girando el tornillo de regula-ción (e), consiguiendo de esta manera que la fuerza ejercida sobre el obturador sea mayor o menor. Como esta fuerza se opone a la ejercida por el refrigerante, el valor constante de la presión de condensación puede ser aumentado o disminuido mediante la actuación sobre dicho tornillo.

Intercambiador de calor (6). Este dispositivo pone en contacto el refrigerante líquido tibio procedente del condensador con el vapor frío procedente del evaporador. Con ello se con-siguen dos efectos beneficiosos: por un lado, un enfriamiento adicional del refrigerante

Fig. 28: Válvula presostática de agua.

b e

c

d

Agua

Refrigerante

a

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condensado, asegurando de esta manera que todo él llegue líquido a la válvula de expan-sión; por otro lado, un calentamiento adicional del vapor en su camino hacia el compre-sor, asegurando su vaporización.

Válvula de expansión con equilibrador externo (9). En los evaporadores con gran longitud de tubería, el refrigerante pierde presión en su recorrido debido al rozamiento con las pa-redes de la tubería. Esta pérdida de presión puede ser grande, y ello tiene consecuencias en el funcionamiento de la válvula de expansión. Para evitar este efecto se instala una vál-vula con equilibrador externo, en la cual la presión que actúa por debajo del diafragma es la reinante a la salida del evaporador y no a la entrada como sucedía en las válvulas con equilibrador interno (capítulo 3).


Este es el esquema frigorífico de la máquina. Te recomendamos que centres tu atención en los nuevos elementos que aparecen en él: el compresor semihermético, el condensador de agua, el intercambiador de calor y la válvula de expansión con equilibrador externo.

Fig. 29: Representación simbólica de la instalación frigorífica.

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Se incluye en este apartado una breve explicación de los componentes del circuito eléctri-co que no han sido mencionados en capítulos anteriores o que, habiéndolo sido, presenten aquí otras características dignas de mención.

Fusibles (14 y 15). Su función es proteger al circuito eléctrico contra sobreintensidades, principalmente las debidas a cortocircuitos. Existen dos tipos de fusibles, denominados gI y aM; se diferencian éstos en el tiempo que tardan en fundirse ante una sobreintensidad ele-vada: los aM tardan más tiempo en fundirse que los gI.

Durante el arranque, la intensidad absorbida por el motor aumenta considerablemente, llegando a valores entre 5 y 8 veces su intensidad nominal. Por esta razón, en el circuito de potencia se instalan fusibles del tipo aM ya que su mayor lentitud evita que se fundan en el instante del arranque del motor. En el circuito de mando se instalan fusibles del tipo gI pues, al no contener motores, no se produce este aumento de intensidad.

Caja de detectores de temperatura (16). En los compresores semiherméticos el motor se mantiene enfriado gracias al refrigerante que entra en el compresor procedente del evapo-rador. En caso de que accidentalmente no entrara refrigerante, el motor podría llegar a quemarse tras un tiempo funcionando en esa situación; para evitarlo, los compresores se-miherméticos están provistos de detectores de temperatura que se encuentran permanen-temente en contacto con los devanados del motor y que actúan sobre un conmutador para detener su funcionamiento cuando la temperatura es anormalmente elevada.

Fig. 30: Caja de detección de temperatura.

c

b

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En la figura 29 se muestra la caja de detectores de temperatura (16), la cual contiene a las sondas detectoras (a) y al conmutador (b). Para que la detección pueda llevarse a cabo, la caja debe estar conectada a la red eléctrica (c).

En el circuito de mando (figura 30) se muestra la posición del conmutador cuando la caja está sin tensión. Al cerrar los contactos del fusible 15 la caja se activará y cambiará la po-sición de su conmutador poniendo en contacto los bornes 11 y 14 y permitiendo que la corriente circule hacia las bobinas de la solenoide y del contactor respectivamente. Si las sondas detectan un aumento excesivo de la temperatura de los devanados del motor, cam-biarán la posición del conmutador, desactivándose por ello las bobinas de la solenoide y del contactor.

Fig. 31: Circuitos eléctricos de la instalación.

Circuito de potencia

Circuito de mando

1

Circuito de mando

Motor compresor

N

13

14 15

1612

L1 N

L1

8 13

11

L1 L2 L3 N

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a Haz un estudio de todo lo que sucedería en la instalación de lafigura 26 si colocamos la válvula de servicio del compresor enla posición que se indica en la figura.

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Puede pensarse que cuanto más fría esté una cámara frigorífica tanto mejor se conservarán los alimentos, sin embargo basta con darse una vuelta por un su-permercado para comprobar que esto no es así: muchos productos de charcu-tería, hortalizas, líquidos, etc., se conservan a temperaturas moderadas, sin llegar a la congelación.

Como ya sabemos, la temperatura de la cámara puede ser controlada me-diante el termostato, pero ¿evita este dispositivo que se alcancen bajas tempe-raturas en el evaporador?

Por otra parte, para que la condensación pueda llevarse a cabo de forma efi-caz es necesario que el refrigerante se encuentre a mayor temperatura que el medio de condensación; controlar su temperatura equivale a controlar su pre-sión; ¿existe algún dispositivo capaz de hacerlo?

Si se intercala una válvula en el circuito frigorífico y se mantiene cerrada, el compresor absorberá todo el refrigerante que se encuentre a la salida de la válvula y lo enviará a la entrada de la misma tras haber dado la vuelta completa al circuito frigorífico; esto oca-sionará una bajada de la presión tras la válvula y una subida a su entrada. Este efecto es aprovechado para lograr presiones más bajas o más elevadas en ciertos tramos del cir-cuito frigorífico, intercalando válvulas que se mantienen cerradas hasta que la presión descienda o ascienda. Las válvulas utilizadas para este fin reciben el nombre de regula-dores de presión.

Los reguladores de presión establecen un límite a la presión del refrigerante, ya sea por encima o por debajo de un valor previamente regulado. Como se ha dicho en el párrafo anterior, la presión puede seguir una progresión descendente (después del regulador) o ascendente (antes del regulador), y por eso existen dos tipos de válvulas: las que impiden la bajada de la presión más allá de cierto valor prefijado, y las que impiden la subida por encima de cierto valor también prefijado. Ambos tipos serán objeto de estudio en este ca-pítulo, junto con otros componentes cuyas características y funcionamiento también se detallan.

Reguladores de presión

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Fig. 32: Instalación con reguladores de presión.




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Aceite

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Elementos constituyentes del circuito frigorífico

La figura 31 muestra una instalación frigorífica en la que un solo compresor suministra refrigerante a dos cámaras frigoríficas con distinta temperatura: la cámara superior tiene una temperatura más alta que la inferior. Esta instalación servirá para ilustrar la aplicación de los reguladores de presión, al tiempo que se incluyen las características y funciona-miento de otros elementos que completan la instalación.

Regulador de presión de condensación (4). Esta válvula (figura 32) tiene la función de mantener constante la presión de condensación, controlando para ello el caudal de refrige-rante que sale del condensador.

El refrigerante entra en el regulador por la parte inferior (a) y se encuentra con el obturador (b), el cual permanecerá cerrado mientras la presión del refrigerante sea inferior a la ejer-cida por el resorte (c). Puesto que el compresor sigue enviando refrigerante hacia el con-densador, es previsible que la presión suba antes del regulador. Cuando la presión supere ligeramente a la del resorte, el obturador se abrirá y dejará pasar refrigerante hacia el reci-piente de líquido.

Para regular la presión de condensación se actúa ma-nualmente sobre el tornillo de regulación (d), al cual se accede quitando previamente la tapa superior (e). El tornillo de regulación permite aumentar o disminuir la presión ejercida por el resorte. La presión regulada pue-de ser medida con exactitud si se acopla un manómetro a la toma manométrica (f).

Es importante mencionar que la presión existente a la salida de la válvula no influye en su funcionamiento debido a que el disco (g) tiene la misma superficie que el obturador (b) y, por tanto, el refrigerante ejercerá la misma fuerza en ambos sentidos.

Regulador de presión diferencial (5). El líquido del recipiente es aspirado por el compresor a través de la válvula de expansión; pero en los momentos en los que el regulador de presión de condensación se encuentra cerrado, esta aspiración no puede llevarse a efecto (figura 33-A); ello es debido a que, al descen-der el nivel en el recipiente, se origina un vacío que impide la salida del líquido. Para evitar este vacío, que dejaría sin alimentación al evaporador, el regulador de presión diferencial permite la entrada de vapor al recipiente cuando la presión baja en su interior (figura 33-B).

Fig. 33: Regulador de presión de condensación.

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Válvula de retención (12). Debido a que la presión del refrigerante es más baja en el evapo-rador más frío, se instala a su salida una válvula de retención que impida la entrada de refri-gerante procedente del evaporador más caliente. Esta válvula consta de un obturador de disco que se asienta sobre la entrada de la válvula mediante un muelle; cuando la presión a la entrada de la válvula supera a la de salida, el obturador se abre dejando pasar refrigerante. Si la presión a la salida es mayor que a la entrada, el obturador será empujado hacia su asiento impidiendo el retorno de refrigerante hacia el evaporador de menor temperatura. El muelle de esta válvula ejerce una fuerza muy pequeña contra el disco, pues debe ofrecer la menor oposición al paso de refrigerante cuando éste circula en la dirección correcta.

Regulador de presión de evaporación (16). Cuando un mismo compresor alimenta a dos evaporadores instalados en paralelo, como en el caso que nos ocupa, produce en ellos la misma presión de baja, y en consecuencia la misma temperatura de evaporación. Para lograr distintas temperaturas en ambas cámaras se recurre a los termostatos, los cuales cierran el paso de refrigerante al evaporador una vez alcanzada la temperatura deseada en la cámara. Es evidente que estas paradas serán más frecuentes en la cámara de mayor temperatura.

Pero el termostato no evita la baja temperatura del evaporador. El aire saldrá de ambos eva-poradores a la misma temperatura, y circulará a través del género almacenado en la cámara, pudiendo deteriorarlo si éste no admite bajas temperaturas (los líquidos, por ejemplo).

Para evitar corrientes de aire a una temperatura indeseadamente baja en la cámara de ma-yor temperatura, se instala un regulador de presión que evite que la presión en el evapora-dor descienda del valor deseado. Este regulador es constructivamente igual al de conden-sación, y ambos tienen el mismo funcionamiento.

Regulador de arranque (17). Las presiones de aspiración elevadas producen sobrecarga en el motor del compresor. Cuando se pone en marcha una instalación que ha estado parada duran-te un tiempo, su temperatura y presión de evaporación son más altas que las que corresponden

Fig. 34: Actuación del regulador de presión diferencial.

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A B

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al funcionamiento normal, lo cual origina que la intensidad que circula por el motor sea más elevada. Este efecto es aún más acusado en aquellas instalaciones que funcionan a baja tem-peratura o cuando el arranque se produce tras un desescarche (ver capítulo siguiente).

Para evitar que el compresor funcione con una presión de aspiración elevada, se ha instala-do un regulador de arranque, el cual dispone de un obturador que se abre cuando la presión a la entrada del compresor está por debajo del valor regulado en ella; la presión existente a la entrada del regulador —presión de evaporación— no afecta a su funcionamiento.

Esquema frigorífico

Como puedes comprobar, este esquema incluye como nuevos elementos los reguladores arriba citados. Observa que todos ellos están representados con el mismo símbolo, dife-renciándose tan solo en las letras que lo acompañan. También se incluye el símbolo co-rrespondiente a la válvula de retención, que lleva adjunta una flecha indicando el sentido de paso del refrigerante.

Fig. 35: Representación simbólica de la instalación.

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En este caso no se incluyen nuevos componentes respecto al esquema eléctrico de la insta-lación anterior; tan solo se incorpora un termostato y una válvula de solenoide correspon-dientes ambos al segundo evaporador. Los circuitos eléctricos quedan de esta forma:

En el circuito de mando se representan las dos solenoides (9 y 13) gobernadas por sendos termostatos (18 y 19).

Para poner en marcha la máquina han de cerrarse los contactos de los fusibles del circuito de potencia (21). A continuación se cierran los contactos del fusible del circuito de mando (22), permitiendo que llegue tensión a la caja de detección de temperatura (24), la cual cambiará los contactos de su conmutador a 11-14; cuando ésto sucede, llega también ten-sión a las bobinas de las solenoides 9 y 13, que se abrirán para permitir el paso de refrige-rante a los evaporadores. Por otra parte, también llegará tensión a la bobina del contactor (23), el cual cerrará sus contactos y permitirá el arranque del motor compresor (1).

Análisis funcional

Para poner en marcha la máquina han de cerrarse los contactos de los fusibles del circuito de potencia (21). A continuación se cierran los contactos del fusible del circuito de mando (22), permitiendo que llegue tensión a la caja de detección de temperatura (24), la cual

Fig. 36: Circuitos eléctricos de la instalación.

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N L1

Circuito de potencia Circuito de mando

Circuito de mando

Motor compresor

L1 L2 L3 N

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cambiará los contactos de su conmutador a 11-14; cuando ésto sucede, llega también ten-sión a las bobinas de las solenoides 9 y 13, que se abrirán para permitir el paso de refrige-rante a los evaporadores. Por otra parte, también llegará tensión a la bobina del contactor (23), el cual cerrará sus contactos y permitirá el arranque del motor compresor (1).

Impulsado por el compresor, el refrigerante inunda ambos evaporadores e inicia su vapori-zación. A la salida del evaporador de la cámara superior se encuentra instalado un regula-dor de presión, que permanecerá cerrado hasta que la presión en el evaporador sobrepase a la regulada. Alcanzado ese valor, el regulador se abrirá a intervalos, manteniendo de esa forma una presión constante en el evaporador, si bien con pequeñas oscilaciones produci-das por los continuos cierres y aperturas de su obturador.

Mientras tanto, el refrigerante circulará por el evaporador de la cámara inferior a la baja presión que produce el compresor.

Cuando se alcanza la temperatura en una de las cámaras, el termostato correspondiente desactivará a la válvula de solenoide y dejará de pasar refrigerante al evaporador; pero, debido a que la otra válvula se encuentra abierta, el compresor continuará funcionando. Cuando se alcance la temperatura deseada simultáneamente en ambas cámaras, el com-presor aspirará todo el refrigerante contenido en los evaporadores y se producirá su parada por la apertura del presostato de baja.

ctiv

idad

a En el supuesto de que la instalación de la figura 31 trabaje conR-13a, haz un estudio de cómo se debe actuar sobre el regula-dor de evaporación para que la temperatura del refrigerante enel evaporador de la cámara superior sea de -10º C

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Seguramente habrás observado cómo el compartimento de congelados de los frigoríficos se cubre de escarcha y es necesario eliminarla cada cierto tiempo; para ello se desconecta el frigorífico y se espera a que la escarcha se funda. ¿De dónde procede la escarcha? ¿Qué procedimientos se utilizan para el des-escarchado en las instalaciones comerciales?

El aire que respiramos contiene vapor de agua. Para cuantificar este contenido se recurre al concepto de “humedad relativa”, que expresa —en tanto por ciento— el vapor de agua que contiene el aire respecto al total que puede contener. Así, por ejemplo, una humedad relati-va del 30% corresponde a un aire más bien seco, mientras que un aire con una humedad relativa del 90% es un aire muy cargado de humedad. Cuando el aire ya no puede contener más vapor de agua, se dice que está saturado, y su humedad relativa es del 100%.

La cantidad de vapor de agua que puede contener el aire disminuye con su temperatura: un aire frío puede contener menos humedad que un aire caliente; por esa razón, si se enfría lo suficiente una aire húmedo puede llegar a saturarse y soltar parte del agua que contiene; puede observarse este fenómeno en los vidrios de las ventanas durante el invierno: el aire caliente del interior de la habitación se pone en contacto con la superficie fría del vidrio y se desprende de parte del vapor de agua, el cual se condensa en forma de finas gotas que empañan el vidrio.

Lo mismo sucede cuando el aire de la cámara frigorífica se pone en contacto con la super-ficie fría del evaporador. Si además la temperatura del evaporador es inferior a 0º C, la humedad se condensará en forma de escarcha, impidiendo una correcta transmisión de calor entre el aire y el fluido refrigerante. Se hace necesario, entonces, eliminar esta escar-cha cada cierto tiempo, con el fin de evitar los inconvenientes que produce.

Los desescarches pueden llevarse a cabo por varios procedimientos, centrándonos en este capítulo en el estudio de los dos más habituales: el desescarche por gas caliente y el des-escarche por resistencias eléctricas.

La frecuencia de los desescarches dependerá de la velocidad con la que se acumule la escar-cha en el evaporador, la cual depende varios factores, como el tipo de género almacenado, temperatura de evaporación, etc. En unidades posteriores volveremos sobre esta cuestión.

Sistemas de desescarche

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Desescarche por gas caliente

Este sistema de desescarche (figura 36) consiste en hacer circular por el interior del evapo-rador el gas caliente procedente del compresor; para ello, se comunican ambos compo-nentes mediante una tubería, en la que se intercala una válvula de solenoide (9) que per-mite o impide el paso del vapor caliente. Esta válvula está comandada por un reloj (10) que marca el inicio y el fin del desescarche según el tiempo regulado en el mismo.

o Componentes

Los componentes que intervienen en este tipo de desescarche son los siguientes:

Válvula de solenoide (9): Puede ser de las mismas características que las ya estudiadas, aunque se comercializan válvulas especialmente concebidas para este fin.

Fig. 37: Sistema de desescarche por gas caliente.

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Reloj de desescarche (10): Tiene un pequeño motor eléctrico que acciona su mecanismo y que debe estar permanentemente conectado a la red; téngase en cuenta que estos relojes deben señalar en cada momento la hora actual. Por medio de algún mecanismo, se regula en ellos la hora a la que debe empezar el desescarche y también la hora a la que debe terminar; a la hora deseada, el reloj cambiará sus contactos, que volverán a la posición inicial una vez transcurrido el tiempo deseado.

Relé (11): Se trata de un conjunto de interruptores accionados electromagnéticamente por medio de una bobina. En nuestro caso, el relé tiene dos interruptores; uno de ellos actúa

sobre la válvula de solenoide, y el otro establece un puente al termos-tato; este puente es necesario para que se pueda realizar el desescar-che independientemente de la posición en la que se encuentre el interruptor del termostato.

o Esquema eléctrico

En la figura 37 puedes observar el circuito eléctrico de la máquina. Para facilitar su comprensión, los componentes mantienen la misma numeración que en la figura 36.

o Análisis funcional

Al conectar la máquina a la red, se pondrá en marcha el motor (8). Durante el ciclo normal de refrigeración, el refrigerante realizará el recorrido ya conocido: compresor (1), condensa-dor (2), sistema de expansión (4) y evaporador (5). Cuando se alcance la temperatura desea-da en la cámara, el termostato (7) abrirá sus contactos dejando sin alimentación al compre-sor, que se detendrá. Tras cierto tiempo de parada del compresor la temperatura en la cáma-ra subirá, provocando el cierre de sus contactos que permitirán el arranque del compresor.

A la hora programada para el inicio del desescarche, el reloj cambiará sus contactos, acti-vándose la bobina del rele (11), que cambiará sus contactos provocando la apertura de la válvula de solenoide (9). A partir de ese momento el gas caliente que sale del compresor irá preferentemente hacia el evaporador a través de la tubería de gas caliente, produciendo una rápida fusión de la escarcha, que deberá ser evacuada por medio de una tubería de desagüe.

Transcurrido el tiempo de desescarche, el contacto del reloj volverá a la posición inicial, desactivándo el relé y, en consecuencia, la válvula de solenoide.

Fig. 38: Esquema eléctrico.

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Desescarche por resistencias eléctricas

En este caso (figura 38), el desescarche se lleva a cabo por medio de unas resistencias eléc-tricas (17) que se encuentran insertadas en el evaporador. El inicio del desescarche se es-tablece también en este caso por medio de un reloj (19) que marca el inicio y el final del mismo.

Fig. 39: Instalación con desescarche por resistencias eléctricas.

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o Componentes

Los componentes que conforman este sistema de desescarche son los siguientes:

Resistencias eléctricas (17): Generalmente son barras metálicas cilíndricas que se encuen-tran insertadas en el evaporador y proporcionan el calor necesario para el desescarche.

Reloj de desescarche (18): Este reloj tiene las mismas características que el utilizado en el desescarche por gas caliente. Si el evaporador tiene ventiladores, éstos deben estar detenidos durante el desescarche; en ese caso se utilizan relojes con dos interruptores, siendo el segundo interruptor el que gobierna la parada y el arranque de los ventiladores del evaporador.

Contactor (19): Debido a la elevada intensidad que circula por las resistencias, éstas no deben ser activadas directamente por el reloj de desescarche, ya que se produciría un rá-pido deterioro de sus contactos; para evitarlo se activan mediante un contactor.

Disyuntor (20): Se utiliza para la protección de las resistencias contra sobrecargas y corto-circuitos.

o Circuitos eléctricos

En la figura 39 puedes observar los circuitos eléctricos de la instalación. Los componentes mantienen la misma numeración que en la figura…

Fig. 40: Esquemas eléctricos de la instalación.

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L1L2L3N

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Circuito de mando Circuito de potencia

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Primeramente cerraremos los contactos de los elementos de protección (15, 16 y 20) ac-tuando sobre sus mandos manuales. La corriente circulará por el circuito de mando, ali-mentando al pequeño motor del reloj de desescarche (18), a la válvula de solenoide del evaporador (8) —que se abrirá permitiendo el paso de refrigerante hacia el.

Al alcanzarse la temperatura deseada en la cámara, el termostato (12) abrirá sus contactos y cerrará la válvula de solenoide, produciéndose el vaciado del evaporador y posterior-mente la parada del compresor por baja presión (13).

El desescarche se iniciará a la hora prefijada en el reloj (18), el cual cambiará la posición de sus contactos dejando sin alimentación a la válvula de solenoide (8); la parada del compresor se producirá instantes después, una vez vaciado el evaporador, debido a la apertura del presostato de baja presión. Al mismo tiempo que el reloj desactiva la solenoi-de, activa al contactor de las resistencias de desescarche, las cuales comenzarán a produ-cir calor en el interior del evaporador. Transcurrido el tiempo previsto para el desescarche, los contactos del reloj volverán a su posición inicial y el ciclo normal de refrigeranción comenzará de nuevo.

En el caso de que el evaporador estuviera dotado de ventiladores, es necesario prever un tiempo de retardo en la puesta en marcha de los mismos, ya que, de hacerlo nada más finalizar el desescarche, soplarían aire caliente, poniendo en peligro la conservación del género almacenado en la cámara. Como ya hemos dicho, en estos casos el reloj de deses-carche debe estar provisto de dos interruptores, uno de los cuales se reserva para la parada y puesta en marcha de los ventiladores del evaporador.

Programadores electrónicos

La instalación de la figura 40 dispone de condensador y evaporador con ventilación forza-da, así como un sistema de desescarche por resistencias eléctricas. Para el control de su funcionamiento se ha instalado un programador electrónico que combina las funciones de termostato y reloj de desescarche.

Tanto el programador como el resto de componentes eléctricos se han instalado en el interior de un armario eléctrico (14), al que se conectan todos los aparatos exteriores al mismo.

Asimismo, en la puerta del armario se han ubicado pilotos de señalización que muestran la fase de funcionamiento de la instalación en cada momento.

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o Componentes

Aparte de los componentes ya estudiados, se incorporan a esta instalación los siguientes:

Condensador de ventilación forzada (3): Generalmente, los condensadores incorporan algún sistema de ventilación que fuerce al aire a pasar a través de ellos. En algunos casos de compresores abiertos, este ventilador gira solidario con el eje del motor, pero en el caso que nos ocupa el ventilador posee motor eléctrico independiente. Cuando el ventilador tiene un tamaño importante trabaja con un motor trifásico; así lo hemos supuesto en el caso que nos ocupa.

Evaporador de ventilación forzada (10): También muchos evaporadores incorporan venti-ladores que fuerzan la circulación de aire a su través. Estos evaporadores están concebidos

Fig. 41: Instalación con programador electrónico.

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como una caja cerrada en la que sólo se permite la circulación del aire a través de los huecos dejados para el ventilador; con ello se consiguen dos efectos: por un lado se obliga al aire a circular por el interior del evaporador evitando su dispersión; por otro lado, du-rante los desescarches, el aire caliente queda almacenado en su interior, evitando su difu-sión a la cámara.

o Circuitos electrónicos

En las figuras siguientes se muestran los circuitos de potencia y de mando de la instala-ción. Hemos utilizado aquí la nomenclatura que se usa habitualmente para identificar los aparatos en esquemas eléctricos, la cual consta de una letra que designa el tipo de aparato (tabla 3), seguida de una cifra que permite distinguir cada aparato cuando hay varios del mismo tipo.

LETRA DE IDENTIFICACIÓN DESIGNACIÓN H Dispositivo de señalización

K Contactor o relé

M Motor

Q Seccionador o disyuntor

R Resistencia

S Interruptor, pulsador, etc.

La designación de los aparatos que componen los circuitos de potencia y mando de la instalación que nos ocupa es la siguiente:

IDENTIFICACIÓN DESIGNACIÓN Q1 Seccionador

Q2 Disyuntor del motor del compresor

Q3 Interruptor automático del circuito de mando

Q3 Disyuntor de las resistencias de desescarche

KM1 Contactor del motor del compresor

KM2 Contactor de las resistencias de desescarche

R Resistencias de desescarche

H Pilotos de señalización

S1 Interruptor de la solenoide

Tabla 3: Designación de los aparatos eléctricos.

Tabla 4: Aparatos eléctricos contenidos en la instalación.

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Una vez identificados los componentes, analizaremos aquéllos que no han sido estudiados en capítulos anteriores:

Seccionador (Q1): Este dispositivo abre o cierra el paso de corriente al armario eléctrico y, por consiguiente, a los circuitos de potencia y de mando. Se acciona manualmente me-

Fig. 42: Circuito de potencia.

L1L2L3N

R

KM2

Compresor Resistencia de desescarche

MandoKM1L1 N

Q4Q3Q2

Q1

Fig. 43: Circuito de mando.

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diante una maneta accesible desde el exterior, siendo obligado que estén sus contactos abiertos para poder abrir la puerta del armario.

Programador: Este componente puede realizar varias funciones simultáneamente. Destaca-remos de entre todas ellas las siguientes:

Actúa como termómetro, pues una de sus sondas mide constantemente la tempera-tura en el interior de la cámara y la muestra en pantalla.

Actúa como termostato al controlar la temperatura de desconexión de la solenoide y del ventilador del evaporador.

Ejerce como reloj de desescarche, tanto en el sistema de gas caliente como en el de resistencias eléctricas; para ello el programador incluye ambas opciones, debiendo seleccionarse la que corresponda. También debe programarse la hora de inicio del desescarche; su final puede ser programado de dos formas:

• Por tiempo: el programador finaliza el desescarche una vez transcurrido el tiem-po que se haya programado en el mismo.

• Por temperatura: el programador finaliza el desescarche cuando la temperatura en el interior del evaporador alcance el valor deseado; esta temperatura es capta-da por la segunda sonda del programador.

Se puede programar un tiempo de goteo que permita la evacuación del agua forma-da durante el desescarche, evitando que ésta se congele en el evaporador y el tubo de desagüe al enfriarse de nuevo el evaporador.

También puede programarse un tiempo de retardo en la puesta en marcha de los ventiladores tras haber arrancado el compresor, evitando así que éstos soplen el aire caliente hacia el interior de la cámara.

Transformador: Debido a que el programador trabaja con una tensión de 12 voltios y la red suministra 220 voltios, es necesario incorporar un pequeño transformador para su conexión.

Pilotos de señalización (H): Para conocer en todo momento la fase de funcionamiento en la que se encuentra la instalación, se incorporan al circuito de mando pilotos de señaliza-ción, los cuales pueden ser ubicados en la puerta del armario eléctrico.

Armario eléctrico (14): El armario eléctrico aloja en su interior a todos los aparatos eléctri-cos, excepto aquellos que imprescindiblemente deban estar en el exterior del mismo. Así, los contactores, disyuntores, pilotos, etc. se instalan en el interior del armario, mientras que el motor del compresor, resistencias eléctricas, válvula de solenoide, etc., se encuen-tran en el exterior.

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Todos los componentes de los circuitos de mando y potencia se cablean en el interior del armario, a excepción de los componentes externos, que se conectan a los bornes correspondientes; estos bornes se encuentran agrupados en fila en la parte inferior del armario.

En el interior del armario los cables van alojados en canaletas de tapa extraíble.

El símbolo “Ø” que aparece en los esquemas eléctricos representa los bornes de co-nexión del armario eléctrico. Como puede observarse, los aparatos externos al arma-rio se encuentran situados entre dos o más bornes consecutivos, y el cable se dibuja a trazos.

Los bornes tienen dos puntos de conexión, uno superior y otro inferior; los elementos del interior del armario se conectan al punto de conexión superior, reservando el inferior para los componentes externos.

En la figura 44 se muestra, a modo de ejemplo, el cableado necesario para conectar a la red la caja de sondas térmicas.

En la figura se ha utilizado el color rojo para la línea y el azul para el neutro.

Fig. 44: Distribución de los componentes de un armario eléctrico.

Tranformador

Q1

Bornes de conexión S1 Pilotos de señalización

KM2

KM1

Canaleta

Q2 Q3 Q4 Maneta exterior de Q1 Programador

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A. Puesta en marcha de la instalación

Para poner en marcha la instalación cerraremos primeramente los contactos del secciona-dor Q1. A continuación cerraremos los contactos de Q2 (también cambiará la posición de su contacto auxiliar en el circuito de mando) y de Q4. Finalmente actuaremos sobre el interruptor automático Q3 que da paso de corriente al circuito de mando.

Al llegar tensión al circuito de mando, quedará alimentada la caja de sondas térmicas, por lo que sus contactos cambiarán de posición de 11-12 a 11-14, lo que permitirá que arran-quen el compresor y el ventilador del condensador. También quedará alimentado el pro-gramador, con lo que se cerrarán sus contactos 1-2 y 2-3, permitiendo que se active la solenoide y el ventilador del evaporador

B. Ciclo de enfriamiento

A partir de la situación descrita en el apartado anterior, el refrigerante describirá el ciclo ya estudiado en capítulos anteriores, produciendo el enfriamiento del aire de la cámara frigo-rífica. Al alcanzarse la temperatura programada, el programador abrirá sus contactos 1-2 y

Fig. 45: Ejemplo de cableado mediante bornes de conexión.

N L1

Caja de sondastérmicas

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2-3, cerrándose la válvula de solenoide y parando los ventiladores del evaporador; poco más tarde se producirá la parada del compresor por baja presión.

Al subir la temperatura en la cámara, el programador cerrará de nuevo sus contactos y la instalación volverá a funcionar de la forma descrita anteriormente.

c. Ciclo de desescarche

El desescarche se iniciará a la hora programada. El programador abrirá sus contactos 1-2 y 2-3, produciéndose la parada de los ventiladores del evaporador y el cierre de la solenoi-de, con la posterior parada del compresor por baja presión. Al mismo tiempo se cerrarán los contactos 13-14 del programador, activándose las resistencias eléctricas.

Si se opta por finalizar el desescarche por tiempo, transcurrido éste se abrirá el contacto 13-14 del programador para desactivar las resistencias. Durante el tiempo programado como “tiempo de goteo”, el programador tendrá todos sus contactos abiertos. Transcurrido el “tiempo de goteo” se cerrará el contacto 1-2 que activa a la solenoide; poco después arrancará el compresor y comenzará el enfriamiento del evaporador debido al restableci-miento de la circulación del refrigerante. Transcurrido el tiempo programado como “retar-do de ventiladores”, éstos se pondrán en marcha, reanudando la instalación su ciclo nor-mal de enfriamiento.

Si se opta por finalizar el desescarche por temperatura, será la segunda sonda del progra-mador la que detecte que en el interior del evaporador se ha alcanzado la temperatura prevista, comenzando así el “tiempo de goteo” y posterior “retardo de ventiladores”, para finalmente retornar al ciclo de enfriamiento, de forma análoga a la descrita en el párrafo anterior.

Como hemos dicho, el programador puede efectuar también el control del desescarche en instalaciones con sistema por gas caliente. En ese caso, el programador realiza la secuen-cia de operaciones de forma muy similar a la descrita arriba, con la única diferencia de que sus contactos 1-2 permanecen cerrados durante el desescarche, permitiendo el fun-cionamiento del compresor para que pueda impulsar el gas caliente.

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a Confecciona un informe técnico que recoja las modificaciones que deben efectuarse en la instalación de la figura 40 paracambiar su sistema de resistencias eléctricas por otro de gascaliente. Ten en cuenta que las modificaciones afectarán tantoa la red de tuberías como a los circuitos eléctricos. El informe debe recoger también el análisis funcional de la instalación tras las modificaciones.

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La máquina frigorífica. Principios

Si en un recipiente en cuyo interior hay vacío absoluto,introducimos un líquido, parte de él se evaporaráhaciendo subir la presión en su interior, el resto quedará en estado líquido. La presión reinante en el recipiente sellama “presión de saturación” y la temperatura a la quese encuentra el líquido “temperatura de saturación”. Acada presión de saturación le corresponde una tempera-tura de saturación y viceversa.

Si en esas condiciones extraemos vapor del recipiente,parte del líquido se vaporizará para “rellenar” el espaciodejado por el vapor extraído. La vaporización conllevará un ligero enfriamiento del líquido. Inversamente, si se introduce vapor en el recipiente, una misma cantidad secondensará para “dejar sitio” al nuevo vapor entrante. La condensación conlleva un cierto calentamiento dellíquido.

En las máquinas frigoríficas, una bomba (compresor)extrae líquido (refrigerante) de un recipiente (evapora-dor) haciendo bajar su presión y, en consecuencia, sutemperatura, y lo introduce en otro recipiente (conden-sador) haciendo subir su presión y, en consecuencia, sutemperatura. Para reponer el vapor extraído del evapo-rador, se une el condensador a éste mediante una tube-ría con un estrechamiento capaz de mantener la dife-rencia de presiones en ambos recipientes.

Resumen

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Componentes principales de una instalación frigorífica

Evaporador: componente en el que tiene lugar la vapo-rización del refrigerante por disminución de su presión.Durante la vaporización el fluido absorbe calor del am-biente (interior de la cámara frigorífica)

Condensador: en su interior tiene lugar la condensación del vapor por elevación de su presión. Durante la con-densación el fluido cede calor al ambiente (aire exterioro agua).

Compresor: absorbe refrigerante del evaporador para hacer bajar la presión en su interior, y lo introduce apresión en el condensador. Los más utilizados son los depistón, que pueden ser de tres tipos: abiertos, en los queel motor y el compresor constituyen unidades separadas; herméticos, en los que el motor y el compresor se en-cuentran en el interior de una misma carcasa; herméti-cos accesibles, también llamados semiherméticos, en los que el motor y el compresor están en el interior de lamisma carcasa, pero ésta puede ser abierta para efectuarreparaciones

Sistema de expansión: generalmente se utiliza un tubo muy fino (capilar), o bien una válvula capaz de controlar automáticamente la entrada de refrigerante al evapora-dor en función de las necesidades (válvula de expansión termostática). En los evaporadores con pérdida de cargaimportante se utilizan válvulas de expansión termostáti-ca con equilibrador externo.

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Otros componentes de las instalaciones frigoríficas

Deshumidificador: Retiene la humedad que haya podi-do quedar en el circuito frigorífico tras su fabricación.

Separador de aceite: Deja pasar el vapor refrigerante y retiene el aceite que viaja con él, devolviéndolo de nue-vo al compresor.

Recipiente de líquido: Asegura la alimentación de refri-gerante líquido al evaporador, manteniendo una reserva adecuada a las necesidades de la instalación

Visor de líquido: Permite ver a través de un vidrio el estado del refrigerante en el punto en el que se encuen-tra instalado.

Válvula de solenoide: es una válvula de apertura o cierre accionada eléctricamente.

Botella antigolpe de líquido: Evita la llegada accidental de refrigerante líquido al compresor.

Válvula presostática de agua: Se utiliza en los conden-sadores de agua para mantener la presión de condensa-ción constante mediante la modificación del caudal de agua que llega al condensador.

Intercambiador de calor: Este dispositivo pone en con-tacto el refrigerante líquido tibio procedente del conden-sador con el vapor frío procedente del evaporador.

Reguladores de presión: Impiden que la presión sobre-pase un valor prefijado (en sentido ascendente o des-cendente, según el caso).

Válvula de retención: Permite que el refrigerante circule en un solo sentido en la tubería en la que se encuentrainstalada.

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Componentes de la instalación eléctrica

Motor: Puede ser monofásico o trifásico. El motor mono-fásico dispone de un devanado auxiliar que actúa solodurante el arranque mediante la intervención de un relé.El motor trifásico puede ser conectado en estrella o entriángulo, dependiendo de la tensión de la red y la ten-sión nominal de sus devanados. Fusible: Su función es proteger a los componentes eléc-tricos contra sobreintensidades elevadas, y más en con-creto contra las debidas a cortocircuitos. Termostato: Este dispositivo abre o cierra un interruptor en función de la temperatura reinante en el interior delrecinto frigorífico. Relé de arranque: Efectúa la conexión momentánea del devanado auxiliar durante el arranque de los compreso-res monofásicos. Protector térmico (Klixon): protege al motor contra so-brecargas y altas temperaturas. Presostato: Este dispositivo contiene un interruptor que abre o cierra sus contactos en función de la presión re-inante en el punto del circuito al que está conectado. Contactor: Se emplea como interruptor en el arranque de motores y otros aparatos eléctricos cuando la intensi-dad que circula por ellos es elevada. Disyuntor: Se trata de un interruptor automático que desco-necta al motor de la red cuando éste se encuentra sometido a una sobrecarga o bien cuando se produce un cortocircuito en la línea de alimentación. Tiene una maneta mediante lacual se pueden abrir o cerrar manualmente sus contactos. Interruptor automático: Este interruptor protege a los elementos del circuito de mando contra sobrecargas ycortocircuitos. Caja de detectores de temperatura: Contiene una sonda de temperatura que se encuentra permanentemente encontacto con los devanados del motor, actuando sobreun interruptor para detener su funcionamiento si la tem-peratura es anormalmente elevada.

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Sistemas de desescarche

Los sistemas más frecuentes son:

Gas caliente: consiste en introducir el gas caliente que sale del compresor directamente en el evaporador.

Resistencias eléctricas: Se introducen en el evaporador unas resistencias eléctricas que emiten calor y producenla fusión de la escarcha.

El control de los desescarches se lleva a cabo medianterelojes de desescarche. Existen programadores electróni-cos que pueden hacer simultáneamente la función de termómetro, termostato y reloj de desescarche.

Análisis de equipos de refrigeración

Engineering

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