El cto frigorifico real.pdf

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MODULO 3 > CIRCUITO FRIGORÍFICO REAL ÍNDICE 3.1> OBTENCIÓN DEL DIAGRAMA 3.2> INFORMACIÓN DEL DIAGRAMA 3.2> APLICACIÓN DEL DIAGRAMA 3.4> GRADO DE RECALENTAMIENTO 3.5> GRADO DE SUBENFRIAMIENTO 3.6> EJEMPLO COMPLETO, RESUMEN Y REPASO 3.7> AJUSTE DE CARGA

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  • MODULO 3 > CIRCUITO FRIGORFICO REAL

    NDICE

    3.1> OBTENCIN DEL DIAGRAMA 3.2> INFORMACIN DEL DIAGRAMA 3.2> APLICACIN DEL DIAGRAMA 3.4> GRADO DE RECALENTAMIENTO 3.5> GRADO DE SUBENFRIAMIENTO 3.6> EJEMPLO COMPLETO, RESUMEN Y REPASO 3.7> AJUSTE DE CARGA

  • 3.1> OBTENCIN DEL DIAGRAMA

    3.1.0 > INTRODUCCIN El diagrama de Mollier tambin llamado diagrama de presin entalpa es un diagrama que permite ver las condiciones de funcionamiento de los gases refrigerantes. Este diagrama es caracterstico de cada sustancia, en este captulo veremos como obtener el diagrama.

    Para poder obtener el diagrama de Mollier tenemos que hacer memoria sobre algunos conceptos bsicos apuntados en varias ocasiones durante el curso.

    Al comienzo del curso vimos como se representaba en un grfico la transicin de estados del agua desde estado lquido a gas, esta representacin permita poder de un vistazo, entender todo lo que estaba ocurriendo, en el diagrama de Mollier las pretensiones son las mismas poder de una forma lo mas sencilla posible establecer los parmetros de funcionamiento de un equipo frigorfico cualquiera.

    Esquema de transicin de estados del agua desde hielo a vapor

    El detalle muestra la zona de evaporacin o condensacin que es la utilizada en refrigeracin

    En el grfico anterior podemos ver como la temperatura se mantiene constante durante los cambios de estado (QL1 y QL2), pues toda la energa que la sustancia est absorbiendo es calor latente necesario para modificar el estado. 3.1.1 > EFECTO DE LA PRESIN EN EL DIAGRAMA Es conocido el efecto que producen los cambios de presin en los puntos de ebullicin de las distintas sustancias, a ms presin el punto de ebullicin aumenta y a menos presin el punto de ebullicin baja, pero curiosamente se da la condicin de que al aumentar el punto de ebullicin disminuimos la cantidad de energa que necesitamos para completar el cambio de estado. Si llevamos esto al extremo llegara un momento en presiones muy altas que la

  • sustancia que queramos evaporar tendra un punto de ebullicin altsimo pero cuando llegsemos a ese valor no necesitara absorber prcticamente nada de calor latente para realizar el cambio de estado, pasando de un estado al otro sin fase intermedia.

    Grfica de calor latente en funcin de la presin

    Estas lneas nos indican la cantidad de energa necesaria a distintas presiones para conseguir el cambio de estado.

    Lnea amarilla = Presin baja Lnea marrn = Presin media Lnea roja = Presin alta

    Al aumentar la presin vemos que la temperatura a la que comienza la evaporacin es mayor (eje vertical), pero la cantidad de calor latente (QL) que tenemos que aplicar para completar el cambio de estado es menor.

    3.1.2 > LNEAS DE TEMPERATURA CONSTANTE

    En el ejemplo anterior hemos visto que cuando terminbamos de cambiar de estado, si seguamos aportando energa lo que ocurra era que la temperatura se modificaba, si nosotros lo que queremos es que la temperatura se mantenga constante, lo que podemos hacer es modificar la presin, para evitar que aunque sigamos aportando energa la temperatura se modifique. Quedando lneas de temperatura constante en funcin de la presin que s ira variando en funcin del aporte energtico que nosotros hagamos.

    Grfica de lneas de temperatura constante

    Estas lneas nos indican como se ver afectada la presin si a una sustancia le aplicamos energa pero queremos que su temperatura sea constante.

    Lnea amarilla = Baja temperatura Lnea marrn = Media temperatura Lnea roja = Alta temperatura

    Adems vemos que sigue cumpliendo las condiciones vistas en los grficos anteriores de cantidad de calor latente necesario a distintas temperatura para el cambio de estado.

  • 3.1.3 > CONFORMADO DE LA CAMPANA Para generar la forma caracterstica de campana del diagrama de Mollier solamente nos faltan dos pasos:

    Tenemos que dar la vuelta a las lneas del diagrama anterior o lo que es lo mismo cambiar el eje vertical de posicin este cambio es simplemente para hacerlo mas estndar, no afectando en nada.

    Tenemos que unir todos los puntos de comienzo de la evaporacin con una lnea ( lnea verde lado izquierda ) y por otro lado tambin unimos todos los puntos de final de la evaporacin con otra lnea ( lnea verde lado derecha ), como vimos antes a altas presiones los valores de comienzo y final de evaporacin llegan a unirse desapareciendo el calor latente, quedando las dos lneas unidas en un punto.

    Permetro de la campana

    La lnea verde en su totalidad encierra el periodo en el que estamos cambiando de estado y tenemos temperaturas constantes.

    Al tener delimitada la zona, podemos promediando entre ellas obtener cualquier otra lnea de temperatura.

    Con todos estos pasos hemos conseguido obtener un diagrama de caractersticas similares al que nos encontraremos comercialmente para cada uno de los gases refrigerantes utilizados en refrigeracin.

  • Esquema de Presin - Entalpa

    Diagrama de Mollier correspondiente al gas refrigerante R-410A

    3.2> INFORMACIN DEL DIAGRAMA

    3.2.0 > INTRODUCCIN

    El diagrama de Mollier o diagrama de presin entalpa nos sirve para poder realizar clculos en instalaciones frigorficas, mediante este diagrama podemos saber todos los datos termodinmicos correspondientes a distintos puntos de presin para un mismo refrigerante comprobando el estado en el que se encontrara el refrigerante en cada momento en unas condiciones de presin y temperatura.

    El diagrama presin entalpa tiene la presin en el eje de ordenadas (eje vertical) y la lectura de entalpa la obtenemos del eje de abscisas ( eje horizontal ). Adems en este diagrama tenemos una serie de lneas complementarias que nos dan las siguientes informaciones, temperatura, volumen especifico, tanto por ciento de cambio de estado y entropa.

    Los diagramas presin entalpa son especficos para cada refrigerante variando forma y dimensin, lo que no nos permite utilizar de forma genrica un solo diagrama para todos los refrigerantes, aunque esto es as se suele mantener la forma de la campana que es el elemento de estudio que vamos a utilizar a continuacin, sirvindonos los puntos de una campana cualquiera para ir entendiendo que nos indica cada lnea en un diagrama de similares caractersticas.

  • 3.2.1 > ZONAS DELIMITADAS POR LA CAMPANA Las lneas que forman la campana exterior del diagrama nos sirven de referencia para conocer el estado en el que se encuentra el refrigerante a distintos valores de entalpa y presin.

    GRFICO DE PRESIN ENTALPA CON LNEAS DE ESTADO

    Lnea de puntos crticos (verde oscuro): Es la lnea que se encuentra por encima de la campana y esta definida por los valores de presin y temperatura a partir de los cuales el refrigerante cambiara de estado lquido a gaseoso directamente sin que existieran fases intermedias.

    Vapor saturado (verde claro): Es vapor que acaba de llegar a ese estado desde lquido por un proceso de evaporacin, es el tramo derecho de la curva del diagrama de nuestro dibujo, delimitado por la lnea que bordea la campana trazada desde donde la lnea de puntos crticos toca la campana hasta el eje horizontal.

    Vapor recalentado (zona derecha): Es aquel vapor que una vez a completado su cambio de estado desde lquido a gas a seguido absorbiendo energa, despus de pasar el punto de saturacin del vapor, consiguiendo aumentar su temperatura en el nuevo estado.

    Cualquier punto que se encuentre a la derecha de la lnea de vapor saturado nos indicara un valor de entalpa suficiente para que la sustancia se encuentre en estado completamente gaseoso.

    Lquido saturado (marrn): Es lquido que acaba de llegar a ese estado desde vapor por un proceso de condensacin, es el tramo izquierdo de la curva del diagrama de nuestro dibujo, delimitado por la lnea que bordea la campana trazada desde donde la lnea de puntos crticos toca la campana hasta el eje horizontal.

    Lquido subenfriado (zona izquierda): Es aquel lquido que una vez a completado su cambio de estado desde gas a lquido a seguido cediendo energa, despus de pasar el punto de saturacin del lquido, consiguiendo bajar su temperatura en el nuevo estado.

    Interfase mezcla lquido y vapor (zona interior de la campana): Es la zona correspondiente al interior de la campana, en esta zona cuanto mas cerca nos encontramos de una de las dos lneas de saturacin vapor o lquido mayor es el porcentaje del mismo que tenemos.

    EJEMPLO de mezcla Si tenemos un refrigerante que por su presin y entalpa se encuentra en un punto del interior de la campana a igual distancia de la curva de saturacin de lquido

  • que de la de saturacin de vapor quiere decir que el refrigerante se encuentre al 50% de saturacin, a la mitad de camino de completar su cambio completo de estado. Lneas auxiliares : Adems de la informacin indicada en los apartados anteriores sobre el diagrama podemos tener otras lneas que la complementan, las lneas que habitualmente encontraremos sern :

    Lneas de temperatura constante ( lneas rojas ) Lneas de volumen especifico ( lneas azules ) Lneas de entalpa ( lneas verdes )

    Ejemplo de diagrama de Mollier R-22( Presin - Entalpa ) con lneas caractersticas

    3.3> APLICACIN DEL DIAGRAMA

    3.3.0 > INTRODUCCIN En el diagrama de Mollier vamos a integrar los distintos valores del circuito frigorfico lo que nos permite saber como est trabajando un circuito frigorfico en concreto. Los valores de temperaturas y presiones ( altos o bajos ) que son convenientes para cada parte del circuito ya los hemos visto, ahora vamos a cuantificar stos para poder obtener un grfico representativo del funcionamiento del mismo, para conseguirlo simplemente tenemos que introducir sobre el diagrama correspondiente al refrigerante que utilice nuestro circuito los datos que conozcamos de temperatura, presiones, entalpa y estado.

  • 3.3.1 > CICLO FRIGORFICO TERICO Para plasmar el recorrido que se produce a lo largo de todo el circuito frigorfico y poder llevarlo sobre el diagrama de Mollier vamos a ir colocando los distintos puntos del circuito frigorfico.

    Punto 1 (Salida del expansor y entrada al evaporador): El comienzo del recorrido del circuito frigorfico lo comenzamos en la entrada del evaporador que es donde producimos el fro que es lo que queremos conseguir con nuestro circuito frigorfico, el punto uno corresponde al refrigerante en estado lquido, que acaba de salir del expansor, las condiciones que debe tener este punto para facilitar su evaporacin son: Presin y temperatura baja, baja entalpa.

    Para situarlo tomamos como referencia un punto de presin baja hasta llegar a la curva de saturacin ( lnea marrn )que nos indica el punto en el que encontramos refrigerante en estado completamente lquido.

    Punto 1

    Punto 2 (Salida del evaporador y aspiracin del compresor): Corresponde al final de la evaporacin la presin en este punto es la misma que en el punto uno, la temperatura en el interior de la campana se mantiene constante recordemos que se trata de calores latentes pues es zona de transicin entre estados, toda la energa que puede absorber es utilizada por el refrigerante para cambiar de estado. Cuando el refrigerante llega al punto 2 el refrigerante ha completado el cambio de estado a vapor teniendo un nivel de entalpa mayor gracias a la energa que rob al foco con el que estuvo en contacto durante el recorrido del evaporador.

    Punto 2

  • Punto 3 (Descarga de compresor y entrada al condensador): Corresponde a la descarga del compresor, el refrigerante es aspirado en estado gaseoso por el compresor desde el punto 2 y comprimido hasta el punto 3, pasando el refrigerante de baja a alta presin, en el proceso de compresin y debido al rozamiento de las partes internas del mismo se produce un aumento en la entalpa del refrigerante.

    Punto 3

    Punto 4 (Salida condensador y entrada al expansor): Corresponde al final de la condensacin la presin en este punto es la misma que en el punto 3, nuevamente la temperatura y la presin del refrigerante se mantiene constante durante todo el recorrido del condensador, recordemos que se trata de calores latentes para el cambio de estado pues toda la energa que puede ceder el refrigerante es utilizada por el para cambiar de estado. Cuando el refrigerante llega al punto 4 el refrigerante ha completado el cambio de estado a lquido teniendo un nivel de entalpa menor gracias a la energa que cedi al foco con el que estuvo en contacto durante el recorrido en el condensador.

    Para pasar del punto 4 al punto 1 nuevamente tenemos que pasar el expansor, en el paso del expansor.

    Punto 4

  • GRFICO RESUMEN DEL RECORRIDO COMPLETO

    3.4> GRADO DE RECALENTAMIENTO

    3.4.0 > INTRODUCCIN

    El estado en el que el refrigerante entra en el compresor est muy relacionado con el funcionamiento de ste, las condiciones del refrigerante tiene que cumplir unas estrictas caractersticas que garanticen el buen funcionamiento del circuito frigorfico en general y del compresor en particular, si estas caractersticas no se cumplen en la mayora de los casos terminan por desembocar en la avera del circuito frigorfico.

    3.4.1 > CARACTERSTICAS DE FUNCIONAMIENTO Las caractersticas mnimas que debemos de garantizar a cualquier circuito frigorfico para su correcto funcionamiento son:

    La correcta refrigeracin del compresor: Se consigue por la llegada de refrigerante ligeramente fro al compresor procedente del evaporador, recordemos que la mayora de los compresores utilizados son compresores hermticos que carecen de forma de refrigerarse, teniendo como nico elemento para su refrigeracin el propio refrigerante que circula por su interior para ser comprimido.

    EJEMPLO: Tenemos un equipo que recibe el refrigerante del evaporador a una temperatura muy alta, por que la habitacin a la que da servicio est muy caliente y el refrigerante se evapora rpidamente y tiene tiempo de seguir robando energa, este refrigerante llega al compresor aunque no tiene ninguna capacidad para refrigerarlo pues esta demasiado caliente, si el funcionamiento se prolonga en el tiempo el compresor podra sufrir daos por exceso de calentamiento.

  • Para garantizar esta condicin nos interesa que el refrigerante en el evaporador solamente robe el calor latente necesario para su cambio de estado, pues si roba mas energa de la correspondiente al cambio de estado el refrigerante en estado gaseoso que llega al compresor entrara en l a una temperatura que no permitira la correcta refrigeracin del motor del compresor.

    La ausencia de lquido en la cmara de comprensin: Los compresores tienen un gran enemigo dentro del circuito frigorfico y es la entrada de lquido en la cmara de comprensin, si por alguna razn llegara a entrar lquido en la cmara de comprensin ste no tendra tiempo de salir de ella cuando se produzca el movimiento de comprensin, pues la velocidad con la que comprime el compresor no dara tiempo a que el lquido saliera de esta cmara produciendo la rotura del elemento encargado de transmitir el movimiento del eje del motor a la cmara de comprensin (en compresores alternativos se trata de la biela).

    EJEMPLO: Recordemos que los lquidos tienen una capacidad de comprensin casi nula en relacin con los gases que es mxima, si tenemos una jeringuilla llena de aire podemos de forma brusca producir su descarga rpida, presionando el mbolo pero si la llenamos de agua e intentamos vaciarla bruscamente veremos que aunque oprimamos el mbolo con toda la fuerza que podamos, la descarga del agua ser lenta y no brusca como pudimos hacer con el aire.

    Para evitar esta llegada de lquido todo el refrigerante que entra en el evaporador debe de evaporarse, cuando el fabricante disea el equipo frigorfico lo hace para unas condiciones de funcionamiento, pero existen circunstancias normales que pueden hacer que nuestro circuito frigorfico se salga de las condiciones normales de funcionamiento. Algunas de esas circunstancias que pueden producir que el lquido que pasa por el evaporador no cambie de estado son:

    Filtro del evaporador sucio. Si el filtro esta demasiado sucio el paso de aire por el evaporador es menor del que debera de ser, siendo tambin menor la cantidad de energa que el refrigerante le puede robar, al no tener energa suficiente el refrigerante no completara su cambio de estado llegando en forma de golpes de lquido al compresor.

    Ventilador evaporador sucio. Con el paso del tiempo y especialmente si no se han realizado tareas de limpieza en las bateras, la suciedad termina por acumularse en los ventiladores, los daos ms habituales que causa esta suciedad son desequilibrio del ventilador que produce un aumento en el ruido del equipo frigorfico y acumulacin de suciedad en los rodamientos o casquillos antifriccin. Estos dos elementos son los que se utilizan para que el eje del ventilador gire sin que se produzcan desgaste, si la suciedad penetra en alguno de estos elementos la avera que produce es que el ventilador gira a una velocidad mas lenta que cuando era nuevo, esta disminucin en la velocidad redunda nuevamente en la cantidad de aire que pasa por el evaporador y en consecuencia en la cantidad de energa que el refrigerante puede absorber, llegando nuevamente a producir el mismo efecto.

    Temperatura de evaporacin muy baja. Si el local en el que queremos evaporar se encuentra a una temperatura muy baja la cantidad de energa que tiene el aire que pasa por el evaporador es insuficiente para evaporar el refrigerante, sta es otra condicin que aunque por s sola no producira ningn dao al equipo pues el fabricante se supone que lo tuvo previsto, si es posible que en combinacin con alguna otra de las anteriores circunstancias pueda llegar a agravarlas.

    Velocidad de ventilador demasiado baja. Todas las mquinas de aire acondicionado disponen de la posibilidad de variar la velocidad del ventilador del evaporador a nuestro antojo, pero esas variaciones en la velocidad del aire al igual que en el caso anterior afectan a la cantidad de energa que el refrigerante puede llegar a absorber, aunque este tipo de

  • funcionamiento en solitario est contemplado por los fabricantes, si se complementa con algunas de las otras circunstancias, puede llegar a agravarlas.

    EJEMPLO: Tenemos un equipo frigorfico que da servicio a una sala de ordenadores, la temperatura durante todo el ao es muy baja, adems no se limpiaron los filtros en pasadas temporadas y los tcnicos que trabajan en el local para que no les moleste el aire tienen puesta la velocidad mas baja, todo este cmulo de condiciones podra hacer que partculas de lquido llegasen al compresor.

    Para garantizar que estas condiciones no llegan a producirse nos interesa que el refrigerante en el evaporador adems del calor necesario para el cambio de estado (Calor latente) , robe mas energa aumentando un poco su temperatura (Calor sensible), con lo que nos aseguraramos que el refrigerante ha cambiado por completo de estado.

    El correcto rendimiento del compresor: Tenemos que conseguir que el compresor consumiendo lo mnimo, sea capaz de mover la mayor cantidad de refrigerante posible, es conocido que cuando cualquier gas se caliente su volumen aumenta en gran medida, como los compresores son volumtricos si calentamos en exceso un refrigerante el compresor tendr que trabajar muchsimo ms para conseguir pasar la misma cantidad de refrigerante de la zona de alta a la de baja. Ejemplo: 100 gramos de un gas a una temperatura de 20C ocupa 1 m, pero si el mismo gas lo calentamos hasta 30 C ocupa 2 m , vemos que un pequeo aumento en la temperatura produce un gran aumento en el volumen ocupado. Si el compresor cada vez que mueve el pistn mueve 1 dm necesitar trabajar el doble para mover la misma cantidad de refrigerante, al encontrarse ste ms caliente.

    Adems vimos que toda la energa (entalpa) que aportamos al circuito frigorfico en la lnea de compresin, tenemos que posteriormente cederla en el condensador, lo que producira que el condensador fuera pequeo para ceder toda la energa que ha estado consumiendo de ms por recibir el refrigerante ms caliente de lo que sera deseable.

    Por esta razn la temperatura del refrigerante en la aspiracin del compresor nos interesa que sea lo mas baja posible, para poder garantizar que esta condicin no se da nos interesa que el refrigerante en el evaporador solamente robe el calor latente necesario para su cambio de estado, pues si roba ms energa de la correspondiente al cambio de estado el refrigerante en estado gaseoso que llega al compresor entrara en l a una temperatura mayor, con el correspondiente aumento del consumo energtico.

    3.4.2 > AJUSTE AL EQUIPO En el apartado anterior hemos visto que la dificultad de conseguir una correcta regulacin en un circuito frigorfico, es que garantizar la vida del compresor evitando que le llegue lquido va en contar de obtener el mejor rendimiento de la mquina, por un lado necesitamos que el refrigerante llegue lo mas fri posible y por otro necesitamos que no llegue nada de lquido lo que es muy normal si el refrigerante llega muy fri al compresor, la solucin que se toma para poder cumplir ambas necesidades es llegar a un punto intermedio de calentamiento del refrigerante a la salida del evaporador.

  • Correspondencia entre las partes del circuito frigorfico y el diagrama de Mollier, la zona de recalentamiento la encontramos claramente al final del evaporador.

    El punto intermedio debe de garantizar el mejor rendimiento posible, con la seguridad de que no llegue lquido y que el compresor se refrigere, a este ajuste del calentamiento del refrigerante le denominamos grado de recalentamiento o grado de sobrecalentamiento. El grado de recalentamiento que se ha establecido como ptimo para los equipos de aire acondicionado debe de estar comprendido entre 5 y 8 C ms que la temperatura a la que el refrigerante cambio de estado. EJEMPLO: Tenemos un equipo frigorfico que en el recorrido del evaporador mientras estaba cambiando de estado se ha mantenido a una temperatura constante de 5C, pues toda la energa que robaba al ambiente era utilizada por el refrigerante para producir su cambio de estado de lquido a gaseoso, pero debido a la cantidad de aire con la que estaba en contacto, el refrigerante despus de completar el cambio de estado ha seguido robando energa. Esta energa ya no es de tipo latente, se trata por tanto de energa sensible que modifica la temperatura del refrigerante. Medimos la temperatura del refrigerante en la aspiracin del compresor y obtenemos una lectura de temperatura de 10C, vemos claramente que el refrigerante adems de cambiar de estado ha aumentado su temperatura. A ese aumento de temperatura le denominamos grado de recalentamiento, en este caso el valor de recalentamiento lo obtendremos de restarle a la temperatura de salida del refrigerante la temperatura de entrada del refrigerante al evaporador.

    3.4.3 > RECALENTAMIENTO EN EL DIAGRAMA DE MOLLIER En el captulo anterior veamos que el refrigerante llegaba al compresor cuando haba terminado su cambio de estado, pues durante el recorrido del evaporador haba absorbido el calor latente necesario para su cambio de estado, en el diagrama vemos que el punto de comienzo de compresin est justo en la lnea de 100% gas del diagrama de Mollier. Al aplicar el ajuste del grado de recalentamiento el punto en el que comienza el compresor ya no se encuentra justo en la lnea de 100% gas, si no que mantenindose en la misma lnea de presin constante, la lnea de evaporacin se prologa hasta llegar a la lnea auxiliar de temperatura que represente como mnimo 5C ms que la temperatura que tenamos durante el proceso de cambio de estado en el evaporador.

  • En el Punto A hemos terminado el cambio de estado durante el recorrido del evaporador a una temperatura constante de -5C, el tramo de recorrido desde A hasta llegar A" el refrigerante se recalienta, alcanzando los 10C. (Este valor sera un valor de recalentamiento excesivo).

    3.4.4 > MEDICIN FSICA REAL Para poder medir fsicamente el grado de recalentamiento en un equipo cualquiera cuando vamos a comprobar su funcionamiento debemos de seguir varios pasos para que el valor obtenido sea vlido, para obtener el valor en cuestin necesitamos conocer la temperatura a la que llega el gas al compresor y la temperatura a la que el refrigerante a estado cambiando de estado.

    Temperatura en la aspiracin del compresor, sta la medimos con una sonda de contacto en la superficie exterior del tubo de esa zona, esto es vlido porque el refrigerante apenas roba energa en este tramo final, dndose como iguales el valor de temperatura del tubo y la temperatura del refrigerante que por l circula.

    Temperatura del cambio de estado, esta temperatura es difcil medirla, pues necesitramos un elemento de medida que directamente ofreciera la lectura de la temperatura que tiene el refrigerante que circula por el interior de la tubera, en este caso no podemos hacer la medicin en la superficie del tubo por el que circula, porque en esta zona el refrigerante est robando energa para cambiar de estado de forma violenta, si hacemos la lectura de temperatura igual que antes la sonda nos dara la temperatura a la que el refrigerante es capaz de enfriar nuestra sonda pero no ofrecera la temperatura a la que se encuentra el refrigerante realmente. La nica opcin que nos queda es obtener el valor de temperatura partiendo del valor de presin en el circuito, recordemos que a cada valor de presin de un refrigerante le corresponde un valor de temperatura, en este caso podemos obtener la lectura de presin del evaporador con un manmetro y mediante la tabla de caractersticas del gas obtener la temperatura correspondiente.

    Una vez hemos obtenido los dos valores de temperatura solamente tenemos que restar a la temperatura de aspiracin la temperatura de cambio de estado y el valor obtenido tiene que estar comprendido entre 5 y 8 C.

    EJEMPLO: Tenemos un equipo frigorfico que funcionando a rgimen normal, tiene una presin medida con el puente de manmetros en la aspiracin del evaporador de 4 bar, y midiendo con una sonda de contacto en la aspiracin del compresor tenemos una temperatura de 6C, para saber si es correcto su funcionamiento debemos de obtener la temperatura equivalente a esa presin para el refrigerante con el que funciona nuestro equipo, para hacer

  • esta conversin necesitamos la tabla de caractersticas del gas refrigerante, en este caso se trata de refrigerante R-22 aproximadamente el valor obtenido para 4 bar es de 0C, ( realizar la comprobacin en la tabla de abajo ), si a la temperatura que tomamos con la sonda de contacto le restamos el valor obtenido de la tabla de caractersticas en funcin de la presin nos da un valor de 6C-0C = 6 C, que al encontrarse comprendido entre 5 y 8C que es el valor ptimo de recalentamiento, nos indica que nuestro equipo est funcionando correctamente con un grado de recalentamiento correcto.

    Para obtener el valor solamente tenemos que en la cuadrcula de abajo hacer coincidir el valor de presin en el evaporador con la lnea verde, el valor de presin es el que figura en la lnea con la inscripcin P(Bar g)= presin relativa, que es la que nosotros utilizamos siempre, la inscripcin P(Bar a) nos indica los valores de presin absoluta.

    Tabla de caractersticas de los gases refrigerantes. 3.4.5 > CMO REGULARLO Para garantizar que el refrigerante llega a la aspiracin del compresor en las condiciones ptimas de recalentamiento podemos actuar sobre distintos elementos que de forma directa o indirecta modifican el valor de recalentamiento, las actuaciones que podemos realizar par variar el grado de recalentamiento y en que direccin las tendremos que llevar a cabo son:

    Regular el paso de aire, si variamos la cantidad de aire que el ventilador del evaporador hace pasar a travs del evaporador, lo que estamos haciendo es variar la cantidad de energa con la que entra en contacto el refrigerante cuando esta realizando el recorrido por el evaporador. En resumen:

    Una falta de aire produce un recalentamiento bajo. Un exceso de aire produce un recalentamiento alto.

    Modificar la cantidad de carga del equipo, de la carga de refrigerante que introducimos en el circuito frigorfico depender en primera instancia la cantidad de refrigerante que introducimos en el evaporador, si la presencia de refrigerante en el evaporador es escasa la cantidad de energa que el aire le cede a cada molcula del refrigerante es muy grande con lo que se produce un recalentamiento muy alto, si por el contrario la cantidad de refrigerante es muy grande el aire no tiene energa suficiente para evaporarlo todo al no conseguir ni siquiera completar el cambio de estado el recalentamiento ser de 0C que es el valor mnimo que podemos llegar a obtener en un circuito frigorfico. En resumen:

    Un equipo con exceso de carga tiende a tener un recalentamiento bajo o incluso nulo. Un equipo con falta de carga tiende a tener un recalentamiento muy alto.

  • Regular el paso de refrigerante con el expansor, una vez tenemos la carga del equipo correcta, la cantidad de refrigerante que se introduce en el evaporador est marcada por la seccin de paso del expansor, esta regulacin solamente es vlida cuando el equipo esta provisto de un expansor regulable, en los casos que tengamos un capilar o restrictor fijo deberemos de cambiar el capilar o el orificio del restrictor. Cuando cerramos el expansor lo que hacemos es dejar que el refrigerante que consigue atravesarlo permanezca mas tiempo en el evaporador con lo que conseguimos que el refrigerante se recaliente al permanecer ms tiempo robando energa al aire que pasa por el evaporador, por el contrario si lo abrimos aumenta la cantidad de molculas de refrigerante entre las que hay que repartir la energa del aire de evaporacin lo que hace que el recalentamiento baje o incluso sea nulo. En resumen:

    Un equipo con el expansor muy abierto tiende a tener un recalentamiento muy bajo. Un equipo con el expansor muy cerrado tiende a tener un recalentamiento muy alto.

    Dimensin del evaporador, la dimensin del evaporador tiene que ser la acorde con el resto del equipo, nos puede ocurrir que por equivocacin las dimensiones del evaporador sean mayores de lo que debera, lo que se traduce en ms tiempo de recorrido para las molculas de refrigerante, con el consiguiente aumento del recalentamiento, en el caso contrario un evaporador demasiado corto puede producir que el refrigerante no tenga tiempo suficiente de cambiar de estado lo que se reflejara en un recalentamiento bajo o incluso nulo.

    Un equipo con el evaporador grande tiende a tener un recalentamiento muy grande. Un equipo con el evaporador pequeo tiende a tener un recalentamiento muy pequeo.

    3.4.6 > UN EJEMPLO REAL

    Ejemplo de transicin de estado a lo largo del evaporador, a partir del punto del 0% el refrigerante si sigue robando energa llegar a recalentarse.

  • Cuando el lquido entra en el evaporador a travs del expansor una parte se ste se evapora (entre el 20% y 30%) para evaporarse roba energa al resto del refrigerante que no lleg a evaporarse quedando ste ms fro, el resto del refrigerante solamente puede robar energa al exterior y va evaporndose a medida que completa el recorrido por el evaporador. La presin y la temperatura se mantienen constantes mientras que por el evaporador este circulando lquido, en el momento que se halla completado el cambio de estado, si el refrigerante sigue robando calor del exterior obtendremos gas recalentado (por que realmente aumento su temperatura ), al valor obtenido de hacer la resta de la temperatura del refrigerante a la entrada y la salida evaporador le denominamos grado de recalentamiento. Lo ideal sera que el recalentamiento empezara en la llave de aspiracin del compresor, de esta manera disminuimos la temperatura de descarga del gas e incrementamos capacidad frigorfica, pero debido a los peligros que conlleva es preferible que empiece mucho antes como hemos visto. Una vez el refrigerante sale del evaporador se asla la tubera de aspiracin para evitar ms recalentamiento. 3.4.7 > MANEJO DE LA TABLA DE CARACTERSTICAS DE GASES A continuacin proponemos una serie de ejercicios que nos permitirn llegar a detectar cul es el problema de un equipo frigorfico solamente por los sntomas que se detectan. Para conseguir el fin expuesto deberemos de manejar correctamente la tabla de caractersticas de los gases por esta razn vamos a realizar primero ejercicios con esta tabla.

    Hemos dejado una botella de R12 al sol, indicar qu presin habr en la botella si tenemos 40C.

    Usar escala presin relativa "P(Barg)"....................................(Respuesta 8.6 kg/cm) Maneja la tabla de caractersticas de los gases en el CD para el resto de los ejercicios 3.4.8 > EJEMPLOS DE RECALENTAMIENTO Los ejercicios siguientes simulan que hemos estado en un equipo frigorfico y hemos tomado las medidas necesarias para obtener el grado de recalentamiento, con los datos indicados en cada ejercicio tendremos que ser capaces de obtener el grado de recalentamiento en cada caso. Para todos los ejercicios hemos obtenido los datos de la misma forma, la presin mediante un manmetro situado en la zona de baja presin y la temperatura a la salida del evaporador con una sonda de temperatura de contacto. Consulta este apartado en el CD del curso.

  • 3.4.9 > ACTUACIONES PARA CORREGIR EL RECALENTAMIENTO Los ejercicios siguientes simulan que hemos estado en un equipo frigorfico y hemos obtenido el nivel de recalentamiento, una vez que conocemos, el valor de recalentamiento tendremos que actuar para corregirlo tomando las medidas necesarias para obtener el grado de recalentamiento, con los datos indicados en cada ejercicio tendremos que ser capaces de obtener el grado de recalentamiento en cada caso. Para todos los ejercicios hemos obtenido los datos de la misma forma, la presin mediante un manmetro situado en la zona de baja presin y la temperatura a la salida del evaporador con una sonda de temperatura de contacto. Consulta este apartado en el CD del curso.

    3.5> GRADO DE SUBENFRIAMIENTO

    3.5.0 > INTRODUCCIN El estado en el que el refrigerante llega al expansor es capaz de condicionar el funcionamiento del equipo tanto como para llegar al extremo de que nuestro equipo frigorfico no sea capaz de funcionar correctamente, aunque en menor medida que el grado de recalentamiento las condiciones que el refrigerante tiene que cumplir son bastante estrictas para que se garantice el buen funcionamiento del circuito frigorfico en general. Si estas caractersticas no se cumplen en la mayora de los casos el nico problema es que nuestro equipo rendir mal , que vendra a decirnos que consumira mucha energa para a cambio producir una pequea cantidad de fro, adems podra llegar a darse, en algn caso muy extremo la completa falta de produccin de fro e incluso la avera del circuito frigorfico, si el nivel de falta de regulacin es alarmante. El correcto estado del refrigerante en la entrada del expansor se cuantifica en funcin de la cantidad de lquido ( tapn de lquido) formado antes del expansin y del espacio de tiempo que el refrigerante espera su turno hasta poder atravesarlo. 3.5.1 > EXTREMOS DE FUNCIONAMIENTO La formacin de un tapn de lquido en la entrada del expansor se consigue por la completa transformacin del refrigerante a lo largo del recorrido del condensador, la finalidad es que el lquido que tiene muy poca capacidad para comprimirse, al encontrarse al expansor que es una obstruccin casi completa en el circuito frigorfico, quede retenido pues no puede pasar toda la cantidad de lquido que llega por un orificio tan pequeo, al acumularse termina formando una retencin en la circulacin del refrigerante. Esta retencin formada por el refrigerante a la espera de expansionarse es la encargada de mantener el desequilibrio de presiones entre las dos partes del circuito, pues el expansor por si solo no tiene capacidad, ni posibilidad de generar el desequilibrio de presiones que es imprescindible para la correcta transformacin del refrigerante a lo largo del circuito frigorfico (recordemos que necesitamos bajas presiones en el evaporador y altas en el condensador para facilitar la evaporacin y la condensacin respectivamente), el tapn de lquido del que se hace mencin tiene que estar dentro de unos parmetros no siendo valido un valor de tapn cualquiera.

    Efecto de la falta de tapn: La falta de esta formacin de lquido antes del expansor puede producir una serie de efectos sobre el circuito frigorfico, conociendo lo que ocurre podremos valorar correctamente la importancia que realmente tiene la falta del tapn de lquido.

  • Falta de desequilibrio de presiones entre condensador y evaporador. Si por alguna razn al final del condensador no hemos conseguido que el refrigerante sea completamente lquido, si no que se sigue tratando de refrigerante en forma de vapor mas o menos saturado, lo que nos ocurrira seria que el refrigerante al encontrase en estado vapor, tiene mucha facilidad para comprimirse, aunque encuentre una obstruccin casi completa en el circuito como de hecho es el expansor, el refrigerante en forma de vapor al pasar por el expansor se comprimira y aumentara su velocidad al pasar por el estrechamiento, para producir la menor retencin posible, producindose simplemente una perdida de carga debida al rozamiento del vapor con el expansor, que es insuficiente para retener el paso del resto del refrigerante. Al no poder retener al resto del refrigerante, las presiones entre el condensador y el evaporador seran prcticamente iguales, vimos en captulos anteriores que las condiciones de presin son el elemento ms importante para que se produzcan los cambios de estado en la diversas zonas del circuito frigorfico.

    Falta de refrigeracin del compresor. Al no existir condiciones de presin propicias para el cambio de estado el refrigerante en el condensador no se ve forzado a cambiar de estado, lo que permitira que el refrigerante no ceda energa llegando al evaporador en estado gas caliente, este gas caliente es imposible que refrigere el compresor lo que podra producir la rotura del compresor por exceso de calentamiento si este no est dotado de elementos de proteccin.

    Efecto del exceso de tapn: El exceso de formacin de lquido antes del expansor puede producir una serie de efectos sobre el circuito frigorfico, conociendo lo que ocurre podremos valorar correctamente la importancia que realmente tiene el exceso de tapn de lquido.

    Altas presiones en el condensador. Las altas presiones en el condensador se daran como efecto ms visible de un exceso de lquido retenido antes del expansor, supongamos que por alguna razn tenemos un tapn de lquido excesivo, este tapn excesivo nos indicara que tenemos mucho refrigerante esperando su turno para pasar por el expansor. Si la cantidad de lquido es muy grande no cabr en el pequeo tramo de tubera que tenemos desde la salida del condensador al expansor, por tanto el nico lugar donde se podr ir alojando todo el refrigerante en su espera hasta llegar al expansor, sern las ultimas tuberas del condensador. Cuando llenamos de lquido esas tuberas las estamos anulando para su primordial finalidad que es servir de intercambio con el exterior para que los vapores que salen del compresor lleguen a condensarse, al inutilizar las tuberas estamos haciendo el condensador ms pequeo, con lo que el refrigerante para conseguir el mismo nivel de intercambio no tiene otra opcin que elevar su temperatura o lo que es lo mismo aumentar su presin, cuando tenemos presiones muy altas en la descarga al compresor le cuesta mucho ms el trasladar el refrigerante del evaporador al condensador, esto se traduce a su vez en un aumento de consumo para mover la misma cantidad de refrigerante, adems si las presiones en el condensador son muy altas aumentamos las posibilidades de que el compresor se pueda llegar a agarrotar, por no poder alcanzar presiones tan altas.

    3.5.2 > CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO Cuando el fabricante disea el equipo frigorfico lo hace para unas condiciones de funcionamiento, pero existen circunstancias normales que pueden hacer que nuestro circuito frigorfico se salga de las condiciones normales de funcionamiento. Algunas de esas circunstancias pueden ser perjudiciales para el circuito pues podran producir que la acumulacin de liquido antes del expansor no sea la correcta, algunas de estas condiciones son:

  • Batera condensadora sucia. La batera del condensador se encuentra situada en el exterior, lo que la hace estar expuesta a las condiciones ambientales, los fabricantes lo tienen presente y hacen que las bateras condensadoras tengan una distancia entre aletas mucho mayor que las bateras evaporadoras, para que sea difcil que el polvo quede atrapado entre ellas, aun que esto sea as es conveniente realizar una vez al ao la limpieza de stas, con una brocha limpia o con agua a baja presin ( si lo hacemos a alta presin podemos doblar las aletas de la batera que son de aluminio muy fino ), pero existen otros elementos que s son capaces de formar una capa de suciedad suficiente como para que cause daos al equipo, entre estos elementos destacaran dos:

    Semillas, en muchas zonas de Espaa existe el rbol conocido como chopo o lamo blanco, en la poca de propagacin de semillas stas van cubiertas de una pelusa, que llega a formar gruesas capas en las bateras condensadoras hasta llegar a producir que la maquina sufra altas presiones.

    Plumas, recordemos que muchas mquinas se montan en las cubiertas de los edificios, zona de uso tambin para las palomas, cuyas plumas terminan siempre atrapadas en las bateras siendo en ocasiones difciles de retirar.

    Si el nivel de suciedad es alto por estas u otras razones el paso de aire por el condensador es menor del que debera de ser, la cantidad de energa que el refrigerante puede llegar a ceder es insuficiente, no completando el cambio de estado llegando en forma de vapor al expansor.

    Temperatura de condensacin muy alta. Si la temperatura que tenemos en el exterior es muy alta, se disminuye la capacidad de intercambio de la batera condensadora con el exterior, pues es ms difcil que el refrigerante sea capaz de ceder energa a un elemento que se encuentra a alta temperatura, esta dificultad se traduce en que el refrigerante no completa su cambio de estado, llegando en forma de vapor al expansor y no en forma de lquido como nos interesa para que el circuito frigorfico funcione correctamente, un sntoma de que esto esta ocurriendo es que la presin en la zona de alta aumenta, pues al no condensarse el refrigerante existe demasiado vapor de refrigerante en el condensador lo que hace que aumente la presin y la temperatura en el condensador.

    Velocidad de ventilador inadecuada. Algunas mquinas para conseguir que la temperatura y presin de condensacin se mantenga constante, lo que hacen es regular el paso de aire mediante la puesta en marcha o parada de los ventiladores de la condensadora con un sistema de control de presin, a este sistema de regulacin se le denomina control de condensacin. Si la regulacin de este control de condensacin es incorrecta podemos producir demasiado lquido o falta del mismo en la entrada del expansor.

    Aunque por s solas estas pequeas modificaciones en el funcionamiento, no produciran ningn dao al equipo pues el fabricante se supone que lo tuvo previsto, s es posible que la combinacin de varias de ellas lleguen a afectar al funcionamiento del equipo.

    EJEMPLO: Tenemos un equipo frigorfico que da servicio a una sala que se encuentra a alta temperatura, estas altas temperaturas en el evaporador posibilitan que el refrigerante se evapore fcilmente, el compresor traslada todo el refrigerante del evaporador al condensador, pero el condensador est en una zona exterior soleada expuesto a temperaturas muy altas, las temperaturas altas hacen muy difcil que todo el refrigerante que se produjo en el evaporador pueda llegar a condensarse en un condensador, lo que desembocara en un aumento de la presin en el condensador, si tenemos presiones demasiado altas el compresor podra verse afectado, adems de reducirse el nivel de tapn de lquido. 3.5.3 > SUBENFRIAMIENTO Para garantizar esta condicin de funcionamiento lo que necesitamos es saber si el refrigerante a lo largo del condensador tuvo tiempo de cambiar de estado, pero adems nos interesa que

  • despus de cambiar de estado siga cediendo energa para asegurarnos que el cambio de estado ha sido completado, recordemos que el refrigerante durante todo el recorrido del condensador se mantiene a temperatura constante, pues se trata de calor latente lo que esta cediendo para poder completar el cambio de estado, por eso si queremos tener la seguridad de que cambi de estado, necesitamos darle tiempo suficiente de funcionamiento al refrigerante dentro del condensador para que llegue a completar el cambio de estado y despus siga cediendo energa, a esa energa que el refrigerante cede con posterioridad al cambio de estado es a lo que llamamos grado de subenfriamiento y se tratara por tanto de calor sensible. 3.5.4 > AJUSTE DEL EQUIPO En el apartado anterior hemos visto que la dificultad de conseguir una correcta regulacin en un circuito frigorfico, estriba en que por un lado necesitamos que el refrigerante llegue al expansor en estado lquido, pero por otro la cantidad de lquido no debe de ser muy grande, la solucin que se toma para poder cumplir ambas necesidades es llegar a un punto intermedio de subenfriamiento del refrigerante a la llegada al expansor.

    Correspondencia entre las partes del circuito frigorfico y el diagrama de Mollier, la zona de subenfriamiento la encontramos claramente al final del condensador.

    El punto intermedio debe de garantizar el mejor rendimiento posible, con la seguridad de que la cantidad de lquido que tenemos a la salida del condensador es una cantidad correcta, a este ajuste de enfriamiento posterior al cambio de estado le denominamos grado de subenfriamiento. El grado de subenfriamiento que se ha establecido como ptimo para los equipos de aire acondicionado debe de estar comprendido entre 5 y 8 C menos que la temperatura a la que el refrigerante cambi de estado a lo largo del condensador. EJEMPLO: Tenemos un equipo frigorfico que en el recorrido del condensador estaba cambiando de estado mantenindose la temperatura interna del refrigerante en un valor constante de 40C, pues toda la energa que el refrigerante es capaz de ceder al ambiente era utilizada por l para producir su cambio de estado de gaseoso a lquido, pero debido a que las condiciones que el refrigerante sigui encontrado con posterioridad al completo cambio de estado son propicias para seguir cediendo energa, esta energa ya no es de tipo latente, se trata por tanto de energa sensible que modifica la temperatura del refrigerante. Medimos la temperatura del refrigerante en la salida del condensador y obtenemos una lectura de temperatura de 30C, vemos claramente que el refrigerante adems de cambiar de estado ha

  • reducido su temperatura. A esa reduccin de temperatura le denominamos grado de subenfriamiento, en este caso el valor de subenfriamiento lo obtendremos de restarle a la temperatura de salida del refrigerante la temperatura de entrada del refrigerante en el condensador. 3.5.5 > SUBENFRIAMIENTO EN EL DIAGRAMA DE MOLLIER En el esquema terico del diagrama de Mollier vimos que el recorrido del condensador terminaba justo en la lnea de cambio de estado de la campana, pues durante el recorrido del evaporador haba absorbido solamente el calor latente necesario para su cambio de estado, momento en el que comenzaba la expansin, ahora en el diagrama vemos que el punto de comienzo de la expansin ya no se encuentra justo en la lnea de 100% liquido del diagrama de Mollier, al aplicar el ajuste del grado de subenfriamiento el punto en el que comienza la expansin real ya no se encuentra en la lnea de 100% liquido si no que mantenindose en la misma lnea de presin constante, la lnea de condensacin se prologa hasta llegar a la lnea auxiliar de temperatura que represente como mnimo 5C menos que la temperatura que tenamos durante el proceso de cambio de estado en el condensador, adems la lnea de expansin real es completamente perpendicular al eje horizontal pues el proceso de expansin es isoentlpico (a entalpa constante).

    En el Punto B hemos terminado el cambio de estado durante el recorrido del condensador a una temperatura constante de 30C, el tramo de recorrido desde B hasta llegar a B" el refrigerante se subenfra, bajando hasta los 15C subenfriamiento que resulta excesivo.

    3.5.6 > MEDICIN FSICA REAL Para poder medir fsicamente el grado de subenfriamiento en un equipo cualquiera cuando vamos a comprobar su funcionamiento debemos de seguir varios pasos para que el valor obtenido sea vlido, para obtener el valor en cuestin necesitamos conocer la temperatura a la que el refrigerante lquido llega al expansor y la temperatura a la que el refrigerante ha estado cambiando de estado.

    Temperatura de llegada al expansin, sta la medimos con una sonda de contacto en la superficie exterior del tubo de esa zona, esto es vlido por que el refrigerante apenas roba energa en este tramo final, dndose como iguales el valor de temperatura del tubo y la temperatura del refrigerante que por el circula.

  • Temperatura del cambio de estado, esta temperatura es difcil medirla, pues necesitaramos un elemento de medida que directamente ofreciera la lectura de la temperatura que tiene el refrigerante que circula por el interior de la tubera, en este caso no podemos hacer la medicin en la superficie del tubo por el que circula, porque en la zona de entrada al condensador el refrigerante est cediendo energa para cambiar de estado de forma violenta, si hacemos la lectura de temperatura igual que antes la sonda nos dara la temperatura producida por la energa que est cediendo el refrigerante; pero no ofrecera la temperatura a la que se encuentra el refrigerante realmente. La nica opcin que nos queda es obtener el valor de temperatura partiendo del valor de presin en el circuito, recordemos que a cada valor de presin de un refrigerante le corresponde un valor de temperatura, en este caso podemos obtener la lectura de presin del condensador y mediante la tabla de caractersticas del gas obtener la temperatura correspondiente.

    Una vez hemos obtenido los dos valores de temperatura solamente tenemos que restar a la temperatura de cambio de estado la temperatura a la entrada del expansor y el valor obtenido tiene que estar comprendido entre 5 y 8 C. EJEMPLO: Tenemos un equipo frigorfico que funcionando a rgimen normal, tiene una presin medida con el puente de manmetros en la descarga del condensador de 18 bar , y midiendo con una sonda de contacto en la entrada al expansor tenemos una temperatura de 42C, para saber si es correcto su funcionamiento debemos de obtener la temperatura equivalente a esa presin para el refrigerante con el que funciona nuestro equipo, para hacer esta conversin necesitamos la tabla de caractersticas del gas refrigerante, en este caso se trata de refrigerante R-22 aproximadamente el valor obtenido para 18bar es de 49C, ( realizar la comprobacin en la tabla de abajo ), si a la temperatura a la que cambi de estado (obtenida mediante el valor de presin y la tabla de caractersticas) le restamos el valor que tomamos con la sonda de contacto en la tubera, obteniendo un valor de 49C-42C = 7C, que al encontrarse comprendido entre 5 y 8C que es el valor ptimo de subenfriamiento, nos indica que nuestro equipo esta funcionando correctamente con un grado de subenfriamiento correcto.

    Para obtener el valor solamente tenemos que en la cuadrcula de abajo hacer coincidir el valor de presin en el evaporador con la lnea verde, el valor de presin es el que figura en la lnea con la inscripcin P(Bar g)= presin relativa, que es la que nosotros utilizamos siempre, la inscripcin P(Bar a) nos indica los valores de presin absoluta.

    Tabla de caractersticas de los gases refrigerantes

  • 3.5.7 > CMO REGULARLO Para garantizar que el refrigerante llega a la entrada del expansor en las condiciones ptimas de subenfriamiento podemos actuar sobre distintos elementos que de forma directa o indirecta modifican el valor de subenfriamiento, las actuaciones que podemos realizar para variar el grado de subenfriamiento y en que direccin las tendremos que llevar a cabo son: - Regular el paso de aire, si variamos la cantidad de aire que el ventilador del condensador hace pasar a travs de la batera, estamos facilitando o dificultando que el refrigerante que circula por la batera pueda ceder mas o menos energa, dependiendo de la cantidad de energa que pueda ceder tendremos un valor u otro de subenfriamiento. En resumen:

    Una falta de aire produce un subenfriamiento bajo. Un exceso de aire produce un subenfriamiento alto.

    - Modificar la cantidad de carga del equipo, la cantidad de refrigerante que introducimos en el circuito frigorfico es un factor que afecta en gran medida al grado de subenfriamiento, pues en el condensador es donde nicamente puede quedarse retenido el refrigerante en forma de lquido, cuando introducimos el refrigerante ste se reparte por el circuito, pero cuando el funcionamiento del equipo se estabiliza es en el condensador que es donde se acumula hasta que le llegu el momento de llegar al expansor. Como referencia si la presencia de refrigerante en el condensador es escasa no tiene tiempo suficiente para que el intercambio de energa se lleve a cabo con lo que tendramos un subenfriamiento nulo (0C es el valor mnimo de subenfriamiento), si por el contrario la cantidad de refrigerante es excesiva al no poder pasar todo por el expansor tendr que esperar ms tiempo dentro del condensador, en ese tiempo el intercambio le producir un grado de subenfriamiento alto. En resumen:

    Un equipo con exceso de carga tiende a tener un subenfriamiento alto. Un equipo con falta de carga tiende a tener un subenfriamiento bajo.

    - Regular el paso de refrigerante con el expansor. Es otro elemento de regulacin en aquellos equipos que es accesible, al regular la seccin de paso del expansor lo que conseguimos es retener mas o menos el refrigerante dentro del condensador, la regulacin del expansor se debe de realizar con posterioridad a la carga del refrigerante, en los casos que no tengamos expansor regulable la nica opcin es cambiar el elemento de expansin ya sea un capilar o un restrictor fijo. Cuando cerramos el expansor dejamos retenido el refrigerante dentro del condensador consiguiendo as darle mas tiempo para que siga intercambiando energa y complete primero su cambio de estado y si se mantiene ms tiempo dentro del condensador llegar a subenfriarse, por el contrario si lo abrimos disminuimos el tiempo que el refrigerante permanecer en el condensador intercambiando energa lo que producira que el refrigerante no tenga tiempo de enfriarse correctamente. En resumen:

    Un equipo con el expansor muy abierto tiende a tener un subenfriamiento muy bajo o nulo. Un equipo con el expansor muy cerrado tiende a tener un subenfriamiento muy alto.

    - Dimensin del condensador. La dimensin del condensador tiene que ser la acorde con el resto del equipo, nos puede ocurrir que por equivocacin las dimensiones del condensador sean de un tamao diferente al que necesitamos, lo que se traduce en un intercambio de energa incorrecto. En resumen:

    Un equipo con el condensador grande tiende a tener un subenfriamiento muy grande. Un equipo con el condensador pequeo tiende a tener un subenfriamiento muy pequeo o nulo.

  • 3.5.8 > UN EJEMPLO REAL Cuando el refrigerante en estado gaseoso sale del compresor y comienza su recorrido por el condensador, se van produciendo diversos acontecimientos en lo que se refiere a cambios de estado en el refrigerante y codificacin de temperaturas, la cronologa de estos hechos vendra a ser la siguiente:

    - El refrigerante recin salido del compresor se encuentra en estado gaseoso al igual que estaba antes de entrar en l, pero la gran diferencia estriba en su temperatura que debido a la compresin se ha visto muy aumentada, recordemos que los compresores tienen mucho rozamiento y todo el calor producido por estos rozamientos es refrigerado con el mismo refrigerante que ha sido comprimido.

    - En la primera parte del condensador el refrigerante comienza a ceder la

    energa que absorbi durante la compresin, sta es la parte ms caliente de nuestro circuito frigorfico, es frecuente que si se toca el tubo pueda llegar a producirnos quemaduras. Su temperatura aproximadamente puede llegar a 70grados, bajando unos 10 a 15 grados en este tramo.

    - En la fase segunda del condensador el refrigerante ha terminado de ceder

    toda la carga sensible de la compresin y comienza a producirse la cesin de energa por parte del refrigerante para cambiar de estado , recordemos que las condiciones en el condensador de alta presin y poco espacio son propicias para que el refrigerante se vuelva lquido. Esta cesin de energa se mantiene durante la mayor parte del recorrido del condensador mientras al gas le quede energa de tipo latente por ceder el refrigerante no completar su cambio de estado, poco a poco durante el recorrido el refrigerante va pasando de estar en estado gaseoso a gas saturado con un nivel de lquido contenido que llega en la parte final a ser del 100% momento en el que el refrigerante se condensa pasando a encontrase en estado lquido. Su temperatura se mantiene constante alrededor de los 55 grados, durante todo el recorrido.

    - En la tercera fase del recorrido el refrigerante sigue cediendo energa a

    pesar de encontrarse por completo en estado lquido, al ceder esta energa el refrigerante se enfra por debajo de la temperatura a la que transcurri su condensacin Su temperatura baja hasta quedar aproximadamente unos diez grados por encima de la temperatura ambiente, a la que se encuentra expuesta la unidad condensadora, debiendo ser un valor entre 5 y 8 grados menos que la temperatura de condensacin

    Ejemplo de transicin de estado a lo largo del condensador, a partir del punto del 10 0% lquido el refrigerante si sigue cediendo energa llegara a subenfriarse.

  • 3.5.9 > EJEMPLOS DE SUBENFRIAMIENTOS TERICOS A continuacin proponemos una serie de ejercicios que nos permitirn llegar a detectar cul es el problema de un equipo frigorfico solamente por los sntomas que se detectan en el lado del condensador. Para la mayora de los ejercicios ser imprescindible el uso de la tabla de caractersticas de los gases. Debemos de tener claros los mrgenes a los que se debe de ceir el subenfriamiento como vimos debe de estar entre 5 y 8 grados, en los primeros ejercicios solamente debemos de indicar cules seran los lmites de temperatura que tendramos que medir en funcin de la presin en el condensador para que el subenfriamiento fuera correcto. Sin tabla de caractersticas de los gases. Indicar entre qu mrgenes tendremos el subenfriamiento para los distintos valores de presin de alta en una maquina que funciona con R22. Aqu no necesitamos la tabla de caractersticas pues ya se indica cul es el valor de temperatura que corresponde a cada presin. 15kg/cm Ts=42C (Respuesta = Mnimo 37C Mximo 34C) 13kg/cm Ts=36C Mnimo ______Mximo_____ 19 kg/cm Ts=51C Mnimo ______Mximo_____ 25 kg/cm Ts=62C Mnimo ______Mximo_____ 27 kg/cm Ts=66C Mnimo ______Mximo_____ 11 kg/cm Ts=28C Mnimo ______Mximo_____ Mrgenes de temperatura mxima de subenfriamiento. Utilizando la tabla de caractersticas de los gases. Ver ejercicios en el CD. 3.5.10 > EJEMPLOS DE SUBENFRIAMIENTOS REALES Ver ejemplos en el CD. 3.5.11 > ACTUACIONES POSIBLES PARA CORREGIRLO Ver ejemplos en el CD. 3.5.11 > ACTUACIONES REALES PARA CORREGIRLO Ver ejemplos en el CD.

  • 3.6> EJEMPLO COMPLETO, RESUMEN Y REPASO

    GRFICO DE PRESIN ENTALPIA CON LINEAS DE ESTADO

    GRFICO DE RELACIN DEL DIAGRAMA DE MOLIER CON EL

    CIRCUITO FRIGORFICO Vamos a realizar un recorrido simultneamente por el circuito y por el diagrama de Mollier, viendo como se comporta el refrigerante en cada momento, el recorrido lo podemos empezar por cualquier parte pero nosotros hemos elegido el compresor, pues es el nico elemento mvil del circuito frigorfico.

  • El compresor se encarga de trasladar el refrigerante de la zona de baja presin a la zona de alta, el compresor aumentar la entalpa del refrigerante, pues toda la energa que el compresor transforma en calor es absorbida por el propio refrigerante, a la salida del compresor seguimos igual que a la entrada en estado gaseoso, pero a alta presin y alta temperatura. En el diagrama lo representamos con la lnea inclinada del lado derecho.

    En el condensador tenemos varias fases haciendo distincin entre el tipo de energa que est cediendo si es de tipo latente o sensible, en una primera fase el refrigerante que empieza a circular por el condensador tiene que ceder la energa que absorbi durante el proceso de compresin. Al ceder esta energa el refrigerante bajar de temperatura siendo por tanto calor sensible, cuando el refrigerante ha terminado de enfriarse y motivado por las condiciones de presin que encuentra en el condensador, empieza a cambiar de estado pasando de estado gaseoso a estado lquido. Durante todo el proceso de cambio de estado la energa que cedemos en el condensador es de tipo latente pues la temperatura en esta parte del recorrido se mantiene constante, cuando el refrigerante termina de cambiar de estado puede seguir cediendo energa, toda la energa que cede despus de terminar el cambio de estado es energa de tipo sensible nuevamente, esta energa que cedemos con posterioridad al cambio de estado es a la que denominamos grado de subenfriamiento y nos garantiza que el refrigerante llega en estado lquido al expansor. En el diagrama la lnea de condensacin la situamos en la parte alta de la campana y vemos claramente si son sensibles o latentes porque se localizan fuera de la campana (sensibles) o dentro de la campana ( latentes ).

    Al expansor llegamos con el refrigerante en estado completamente lquido, quedando el lquido retenido antes del expansor hasta que le llegue el momento de pasar a travs de l, para que el refrigerante pueda permanecer retenido sin restar superficie de contacto al condensador se coloca el deposito de lquido. El refrigerante cuando consigue pasar por el expansor lo hace a entalpa constante, quiere decir que no modifica su nivel energtico pero ello no quiere de decir que no tengamos cambios en el refrigerante. En el diagrama podemos ver la lnea vertical de la izquierda que representa la expansin, viendo que tenemos una importante modificacin en lo que se refiere tanto a temperatura como presin. Aunque en la representacin que precede a este texto hemos colocado la lnea de expansin muriendo en la lnea de 100% lquido esto no es del todo cierto pues una pequea parte del refrigerante al pasar por el expansor consigue cambiar de estado en l, robando energa al resto de molculas de refrigerante que no cambian de estado, lo que hara que grficamente la lnea de la expansin entre dentro de la campana antes de llegar al evaporador.

    En el evaporador tenemos dos fases: una primera en la que el refrigerante cambiar de estado pasando de lquido a gas, para lo que necesita robar energa del ambiente que pretendemos enfriar, esta energa ser por tanto de tipo latente porque la temperatura del refrigerante se mantendr constante. Despus en una segunda fase el refrigerante que consigui cambiar por completo su estado encuentra que las condiciones son propicias para seguir robando energa, al seguir robando energa despus de completar el cambio de estado conseguimos que el refrigerante se recaliente siendo esta energa ya de tipo sensible, esta energa modifica la temperatura del refrigerante. Este recalentamiento nos garantiza que al compresor llegamos en estado de gas para poder repetir nuevamente el ciclo, el tramo del evaporador es la lnea horizontal mas baja representada y vemos que transcurre en la mayor parte del tiempo por el interior de la campana.

  • 3.6.1 > EJERCICIO. DIAGRAMA DE MOLLIER SOBRE R22

    Suponiendo la evaporacin a -10C y la condensacin a 45C, en el depsito de lquido la temperatura de este es de 40C (punto A del diagrama). La presin absoluta es de 17,2 bar. Paso a travs de la vlvula: Durante el paso a travs del expansor (de A a B), la temperatura y la presin bajan, la temperatura desciende a la de evaporacin: 10C y la presin absoluta a 3,5 bar.

    Mirando el diagrama podemos ver que en este primer momento no hay lquido saturado, sino una mezcla de lquido y gas en la proporcin de 30% vapor y 70% de liquido.

    El 30% de lquido que se ha vaporizado es el que ha servido para bajar de temperatura el lquido de 40C a 10C.

    Si prolongamos verticalmente el trazo A-B hasta encontrarse con el eje de ordenadas nos da un valor de calor total de 250 KJ por kilo de refrigerante (punto B).

    Paso a travs del evaporador: El paso a travs del evaporador est representado por la recta B-C.

    En el curso de este paso la temperatura es constante 10C as como la presin 3,5 bar.

    Poco a poco a medida que el fluido pasa por el evaporador, va de B hacia C el 70% de vapor y 30% de lquido se convierten en vapor saturado o sea 100% gas. (Punto C).

    Al proyectar verticalmente el punto C a la lnea de ordenadas podemos ver la cantidad de calor que contiene el vapor saturado 400 KJ/kilo.

    Produccin frigorfica: 400 a la salida menos 250 a la entrada son 150 KJ por kilo de refrigerante.

    O sea si 1 KJ/Kg = 0,2388 Kcal/kg 150 x 0,2388 =35,82 kcal por kilo de refrigerante.

    La cantidad de refrigerante que ser necesario para que circule por el evaporador (a 10 y +40) para 100 frigoras ser:

  • O sea que ser necesario bombear 2,77 kg. de R-22 a la hora.

    Para 1000 frigoras ser necesario:

    Paso a travs del compresor: suponiendo que el gas penetra en el condensador totalmente evaporado, el paso a travs del compresor est representado por la lnea E-F.

    En el punto E, la compresin comienza y queda terminada en el punto F, en este momento la temperatura de gas est entre 70C y 80C.

    Si prolongamos F sobre el eje de las ordenadas, nos encontramos al final de la compresin tenemos 450 kj/kg.

    Energa necesaria para la compresin: La diferencia entre 410 y 450 del comienzo al final de la compresin son 40 kj/kg (9,6 kcal/kg) que es el calor equivalente al trabajo del compresor.

    Anteriormente hemos visto que eran necesarios 27,7 kg/h de refrigerante para conseguir 1000 frigoras por lo tanto:

    9,6 x 27,7= 268,8 Kcal

    La equivalencia calorfica de 1 CV/hora es de 637 Kcal la potencia terica necesaria ser de:

    Volumen especfico: dentro del punto E se encuentra un valor importante, este es el volumen especfico del vapor. Este valor se encuentra por estimacin en 15 kg/m.

    Con este valor podemos obtener la cilindrada del compresor. Como para obtener 1000 frigoras nos hace falta 27,7 kg. de fluido y que este fluido est formado por gas a un volumen especfico de 15 kg/m.

    Si el compresor debe producir 1000 frigoras por hora el compresor dispondr de un cilindro de 1,8m/h.

    La relacin de compresin la podemos conocer dividiendo la presin absoluta de alta por la de baja:

    Paso a travs del condensador: De F a A el fluido comprimido atraviesa el condensador.

  • En esto hay dos etapas, en la primer, el vapor recalentado pasa de F a G.

    Aqu todava no hay condensacin sino simple enfriamiento del gas donde la temperatura pasa de 80C a 45C cuando alcanza el punto G sobre la curva del vapor saturado, esto sucede en las primeras espiras del condensador.

    A partir de aqu empieza la condensacin hasta el punto H donde tenemos 100% lquido.

    De aqu volvemos al punto A.

    Capacidad del condensador: 450 a la entrada menos 250 a la salida son 200 KJ/kg de refrigerante, que es calor que extrae el condensador a un kilo de refrigerante.

    200 x 0,2388= 47,76 kcal/kg

    47,76 kcal/kg x 27,7 kg/h = 1322,952 kcal/h

    Para producir 1000 frigoras necesito un condensador de 1322,952 kcal/h.

    Esquema resumen del ejercicio

    3.7> AJUSTE DE CARGA

    3.7.0 > INTRODUCCIN

    En los mdulos anteriores hemos visto cmo obtener los valores de grado de subenfriamiento y recalentamiento, la finalidad de todo esto es llegar a diagnosticar la anomala de funcionamiento de un equipo simplemente conociendo estos dos valores. Como la obtencin de estos datos requiere unos parmetros previos de funcionamiento, antes de poder ajustar el funcionamiento deberemos de introducir una cantidad de refrigerante que deber de ser lo ms prxima posible a la recomendacin del fabricante, una vez tenemos hecha la carga inicial solamente tenemos que ajustar la carga para obtener el mayor rendimiento posible.

  • 3.7.1 > AJUSTE DE CARGA DE REFRIGERANTE Denominamos ajuste de carga al proceso de la introduccin parcial de la carga de gas refrigerante dentro del circuito, el ajuste de la carga es necesario cuando se producen prdidas parciales del gas refrigerante por fugas o cuando queremos conseguir que la mquina alcance su ptimo funcionamiento. El proceso de ajuste es complejo y requiere el completo conocimiento de las mediciones tanto de recalentamiento como de subenfriamiento, en este mdulo veremos cmo partiendo del valor obtenido de recalentamiento y subenfriamiento podemos llegar a realizar el correcto ajuste de la cantidad de refrigerante que requiere un equipo frigorfico. 3.7.2 > RESOLUCIN DE AVERAS En estos ejercicios vamos a combinar todos los conceptos que hemos estado viendo en los mdulos anteriores para llegar a la solucin de averas frecuentes, como punto de partida los ejercicios nos darn unos datos de recalentamiento y subenfriamiento que han sido hallados por los mtodos antes descritos, como los datos pertenecen a un mismo equipo antes de determinar cual es la accin a realizar debemos de tener presente que casi todo lo que hacemos en una parte del circuito termina por repercutir en el funcionamiento de la otra parte.

    Para empezar la forma mas sencilla de resolver, es tratar los ejercicios (recalentamiento y subenfriamiento)de forma independiente tomando como actuacin a realizar la que sea comn en los dos casos. A veces esto no es posible y tendremos que recurrir a razonar la mejor actuacin posible.

    EJEMPLO 1: Tenemos un equipo que tiene 0 grados de recalentamiento y tambin 0 grados de subenfriamiento. Subenfriamiento 0C Para corregirlo tenemos dos opciones que son:

    Cerrar vlvula para aumentar el tiempo de estancia del refrigerante en el condensador. Introducir ms refrigerante en el circuito para que se quede acumulado en el condensador

    Recalentamiento 0C Para corregirlo tenemos dos opciones que son:

    Cerrar vlvula para aumentar el tiempo que tiene el refrigerante que atraviesa el expansor para robar energa en el evaporador. Quitar refrigerante para que tengamos menos presencia de refrigerante en el evaporador.

    Solucin: En este caso actuaramos cerrando la vlvula por ser la actuacin comn en los dos casos.

    Razonamiento: Cuando cerramos la vlvula de expansin dificultamos la circulacin del refrigerante conseguimos que el refrigerante quede retenido antes del expansor aumentando as el grado de subenfriamiento, simultneamente se vera afectado el grado de recalentamiento, pues al dejar pasar menos refrigerante el que refrigerante que entra, en el evaporador se recalienta ms.

  • EJEMPLO 2: Tenemos un equipo que tiene 15 grados de recalentamiento y tambin 15 grados de subenfriamiento. Subenfriamiento 15C Para corregirlo tenemos dos opciones que son:

    Abrir la vlvula de expansin para disminuir el tiempo de estancia del refrigerante en el condensador. Quitar refrigerante en el circuito para que no se quede acumulado en el condensador.

    Recalentamiento 15C Para corregirlo tenemos dos opciones que son:

    Abrir la vlvula de expansin para que el refrigerante tenga menos tiempo para robar energa dentro del evaporador. Introducir ms refrigerante en el evaporador para que toquen a menos energa cada molcula de refrigerante.

    Solucin: En este caso actuaramos abriendo la vlvula, por ser una solucin valida para las dos partes del circuito. Razonamiento: Cuando abrimos la vlvula de expansin facilitamos la circulacin del refrigerante por el expansor, conseguimos que el refrigerante que estaba retenido antes del expansor, pueda atravesarlo esperando menos tiempo, lo que reduce el grado de subenfriamiento, simultneamente se vera afectado el grado de recalentamiento pues al dejar pasar ms el refrigerante a lo largo del evaporador tendr menos tiempo para recalentarse bajando el grado de recalentamiento.

    EJEMPLO 3: Tenemos un equipo que tiene 2 grados de recalentamiento y tambin 8 grados de subenfriamiento. Subenfriamiento 8C En este caso el grado de subenfriamiento es correcto aunque se encuentra al lmite de valor vlido. Recalentamiento 2C Para corregirlo tenemos dos opciones que son:

    Cerrar la vlvula de expansin para que el refrigerante tenga ms tiempo para robar energa dentro del evaporador. Quitar refrigerante en el evaporador para que las molculas que queden toquen a mas energa

    Solucin: En este caso actuaramos: cerrar la vlvula de expansin y adems tendramos que quitar carga de gas refrigerante. Razonamiento: Cuando cerramos la vlvula de expansin conseguimos que el recalentamiento aumente su valor pues el refrigerante tiene mas tiempo para robar energa, pero simultneamente al cerrar estamos haciendo que el refrigerante se retenga durante mas tiempo en el condensador. Como en este caso el subenfriamiento se encuentra al lmite est claro que al cerrar el expansor produciremos que el grado de subenfriamiento suba del valor mximo admisible que es 8C,

  • para eliminar el exceso de refrigerante acumulado en el condensador tendremos que retirar refrigerante del interior del circuito.

    EJEMPLO 4: Tenemos un equipo que tiene 8 grados de recalentamiento y tambin 4 grados de subenfriamiento. Subenfriamiento 4C Para corregirlo tenemos dos opciones que son:

    Cerrar muy poco la vlvula de expansin para aumentar el tiempo de estancia del refrigerante en el condensador. Introducir ms refrigerante en el circuito para que se quede acumulado en el condensador

    Recalentamiento 8C En este caso el grado de subenfriamiento es correcto aunque se encuentra al lmite de valor vlido.

    Solucin: En este caso podramos actuar de dos formas cerrando un poco la vlvula de expansin o introduciendo una pequea cantidad de refrigerante. Razonamiento: Si cerramos un poco la vlvula de expansin podramos subir un poco el subenfriamiento, aunque esto producira que el recalentamiento se ajustara a un valor menor. Tambin podramos introducir una pequea cantidad de refrigerante sin tocar la vlvula con lo que nos quedara recalentamiento en 8 y el subenfriamiento un poco mas alto de 5, con lo que quedara vlido.

    MODULO 3 > CIRCUITO FRIGORFICO REALNDICE3.1> OBTENCIN DEL DIAGRAMA

    Esquema de transicin de estados del agua desde 3.2> INFORMACIN DEL DIAGRAMA3.3> APLICACIN DEL DIAGRAMAGRFICO RESUMEN DEL RECORRIDO COMPLETO

    3.4> GRADO DE RECALENTAMIENTO3.5> GRADO DE SUBENFRIAMIENTO3.6> EJEMPLO COMPLETO, RESUMEN Y REPASO3.7> AJUSTE DE CARGA