2.15> TERMOSTATOS

2.15.0 > INTRODUCCIÓN

Los termostatos y controladores se encargan de mantener valores de temperatura en los locales o zonas que queremos climatizar, teniendo capacidad suficiente para actuar en función del valor de medición obtenido. Normalmente la actuación que realizaremos es la conmutación sobre un contacto eléctrico al que nosotros daremos la función que más nos interese. Las aplicaciones en climatización son muchas. Algunas de ellas llegan a afectar de forma importante al circuito frigorífico, pues es el elemento con el cual producimos la puesta en marcha y el paro de nuestro equipo.

TERMOSTATO

2.15.1 > CONCEPTOS BÁSICOS DE FUNCIONAMIENTO Para poder entender los controles de temperatura necesitamos conocer algunos conceptos fundamentales sobre regulación, que nos serán útiles para saber cómo es el funcionamiento de cada termostato o elemento de regulación.

Escala de regulación: Los termostatos en su mayoría disponen de una rueda graduada donde podemos variar el punto de consigna, teniendo una indicación gráfica de la temperatura a la que queremos llegar. Esta escala es variable dependiendo de la aplicación de que se trate:

Escalas de temperaturas negativas. Utilizadas para controlar la temperatura en cámaras de conservación y congelación, desde -30ºC a +10ºC aproximadamente dependiendo del fabricante.

Termostatos con escala de temperaturas negativas

Termostato sin carcasa Termostato ambiente

Escalas de temperaturas positivas bajas. Utilizadas para controlar la temperatura de locales en los que exista presencia de personas, desde más de 10ºC a menos de 35ºC aproximadamente, dependiendo del fabricante.

Termostatos con escala de temperaturas bajas

Termostato sin carcasa Termostato ambiente

Escalas de temperaturas positivas medias. Controlan temperaturas de preparación de agua para aporte a circuitos de calefacción a menos de 100ºC.

Termostatos con escala de temperaturas medias

Termostato con bulbo

ambiente Termostato con bulbo

para tubería Escalas de temperaturas positivas altas. Controlan temperaturas de humos, vapor u otros elementos a temperaturas a más de 100ºC.

Termostatos con escala de temperaturas altas

Termostato sin carcasa Termostato con carcasa

Punto de consigna ( Setpoint): Es el valor que nosotros fijamos en el termostato (normalmente expresado en grados centígrados). Nos indica la referencia de temperatura que queremos alcanzar.

Termostatos con escala de temperaturas altas Tenemos una habitación en la que queremos tener una temperatura de 20ºC, el punto de consigna sería por tanto 20ºC

Diferencial: Nos indica a qué distancia térmica mínima se puede localizar el punto de actuación de paro y de marcha. Es una de las características más importantes de un termostato. El diferencial siempre se establece sobre el punto de consigna. EJEMPLO de diferencial: En el termostato de una habitación hemos marcado una temperatura de 18ºC (punto de consigna) que es el valor que nosotros queremos tener. Si tenemos un termostato con un diferencial de más/menos 2ºC, quiere decir que el termostato actuará cuando detecte en nuestra habitación temperatura superiores a 20ºC (18+2) o inferiores 16ºC (18-2). Algunos equipos permiten regular el diferencial, en otros el valor es fijo no permitiendo variación alguna. A la hora de elegir el valor de diferencial de un termostato tenemos que tener presente cómo repercute el valor elegido sobre el circuito regulado.

Un valor alto (diferencial grande de varios grados centígrados) produciría un margen de funcionamiento tan grande que podría no cumplir las condiciones de temperatura requeridas en el espacio que acondicionaremos.

Un valor bajo (diferencial pequeño de décimas de grados centígrado) produciría un sistema muy inestable. Esto quiere decir que el equipo regulado estaría continuamente encendiendo y apagando en cuanto hubiera pequeñas variaciones térmicas. Este sistema hace que los equipos sensibles a las arrancadas y paradas continuas puedan sufrir daños.

Inercia térmica: Es la tendencia natural que tienen los sistemas a mantenerse en el mismo estado en el que se encontraban. Si en un local estamos aportando calor, aunque el termostato mande la señal al elemento regulador para dejar de funcionar, en la mayoría de los sistemas existentes la tendencia del local es la de aumentar un poco más su temperatura. Antes de empezar a descender la temperatura, el aumento es debido a que la batería que se encarga del intercambio, aunque le cortemos el paso del fluido caloportador, el fluido que tiene dentro sigue teniendo una temperatura muy diferente al local, lo que permite que se produzca un intercambio térmico entre el local y la batería. Pasado un periodo corto de tiempo el fluido que se encuentra en el interior de la batería se equilibra con la temperatura del local, cesando el intercambio de energía entre los dos elementos. Esto se da especialmente en los circuitos donde tenemos equipos muy grandes para la climatización.

EJEMPLO inercia térmica: En la habitación del ejemplo anterior las temperaturas a las que actuará el termostato vimos que iban desde 20ºC (18+2) a 16ºC (18-2). Aunque nosotros empecemos a aportar energía, el local tarda un tiempo en comenzar a modificar su tendencia, lo que hace que dependiendo del tamaño de la máquina y del tipo de local tengamos un aumento del margen de temperaturas de funcionamiento. Si la inercia térmica es de 1 grado se sumaría a los extremos obtenidos en el diferencial. Tenemos variaciones de temperatura para este local que irían desde 21ºC a 15ºC sobre una temperatura de consigna de 18ºC. Reducción nocturna: Algunos termostatos incluyen la función de reducción nocturna, que consiste en que el aparato de forma manual o automática en las horas nocturnas realiza una variación sobre el punto de consigna. La variación puede ser hacia arriba del punto de consigna o hacia abajo, dependiendo de la temporada del año en la que estemos. Este cambio tiene como finalidad el ahorro energético que conseguimos al hacer que el equipo encargado de la producción térmica llegue antes al punto de consigna. Esta variación no es sustancialmente apreciable porque en verano, cuando dormimos, reducimos nuestra actividad al máximo necesitando menos refrigeración para alcanzar un estado confortable y en invierno, durante la noche, estamos más abrigados que el resto del día, con lo que no necesitamos una temperatura de consigna tan alta. EJEMPLO reducción nocturna: Tenemos en verano como punto de consigna 22ºC, cuando entra la reducción nocturna el punto de consigna pasa a ser 24ºC, y en invierno tenemos el mismo punto de consigna reduciéndose a 20ºC cuando entra la reducción nocturna. Resistencia anticipadora: Es una resistencia que se utiliza en termostatos de dilatación para adelantar el corte de éstos. Evitan el retardo que supone el tiempo que tarda el metal en dilatarse por completo. Para su conexión los termostatos requieren un cable más para alimentar a esta resistencia.

Termostato Todo - nada: Son termostatos cuyo funcionamiento consiste en abrir o cerrar un contacto. Este contacto se encarga de hacer funcionar o parar el equipo que se encarga de modificar las aportaciones térmicas.

Fases de funcionamiento normal

Fases de funcionamiento de perturbación

Crono termostato: Es un termostato que cuenta con la posibilidad de programar la arrancada y parada del equipo. Surge de la unión de un termostato y un programador. Actualmente estos equipos son digitales, lo que nos permite una fácil programación y visualización de los parámetros de programación. Además suelen contar con la función de termómetro indicándonos la temperatura alcanzada en cada momento.

Crono termostato totalmente programable con control de ventilación y

actuación en verano e invierno. Vaina para bulbo: Las vainas se utilizan para que el bulbo pueda estar en contacto lo más directamente posible con el fluido térmico que queremos controlar. Tenemos la posibilidad de introducir vainas roscadas o vainas soldadas (denominadas tinteros o dedos de guante).

2.15.2 > DETECTORES DE TEMPERATURA POR DILATACIÓN Dentro de los termostatos todo-nada, que basan su funcionamiento en la dilatación de una sustancia, tenemos varios tipos aunque todos funcionan de forma muy similar. Su funcionamiento consiste en que las variaciones de temperatura de un local dilatan una sustancia que se encuentra dentro del propio termostato, transmitiendo ésta una orden de cambio a un pequeño interruptor que es el que nosotros utilizaremos para actuar sobre el equipo que modifica las aportaciones térmicas del local.

Dilatación de sólidos: la dilatación de un metal provoca un desplazamiento que acciona un interruptor o un conmutador de micro-contactos. La diferencia de dilatación de dos metales llamadas uniones bimetálicas permiten obtener una mayor sensibilidad. Están compuestas por dos metales, con coeficientes de dilatación muy diferentes soldados en toda su longitud. Una variación de temperatura provoca una variación de la curva, ya que las dilataciones de las dos caras no son las mismas. Los diferenciales obtenidos para la conmutación van de ocho grados para la dilatación de un sólo metal o dilatación lineal a los menos dos grados para las uniones bimetálicas o dilatación curva.

Tres vistas de un mismo termostato que funciona por dilatación de disco

Dilatación de fluidos: Los detectores de dilatación de fluidos llevan un fuelle de dilatación que se rellena con un líquido de fuerte dilatación, como el alcohol, petróleo, aceite. Las variaciones de temperatura del fluido contenido en el fuelle causan la dilatación de todo el fuelle que produce la actuación de un microinterruptor. Algoritmos propios de regulación.

Dilatación de vapor: Son muy semejantes a los de dilatación de fluidos, pero se sustituye el fluido tradicional por un fluido volátil. Éste, en condiciones de presión atmosférica normal, es gaseoso, como el freón y el propano. La acumulación del líquido se hace en un bulbo colocado en la zona en la que queremos medir la temperatura. Éste, en función de la temperatura a la que se encuentre expuesto, producirá la evaporación de parte del líquido con el consiguiente aumento de presión que esto supone. Esta presión es transmitida hasta el fuelle por un fino tubo capilar. El fuelle, por efecto de la presión, se deforma haciendo que cambie de posición un pequeño microinterruptor.

La parte más característica de este tipo de termostatos es el bulbo que, dependiendo de la utilidad que estemos dando al termostato, puede tener distintas formas. En la imagen siguiente podemos ver las formas más comunes. Empezaremos su descripción de izquierda a derecha indicando su aplicación más frecuente.

Primer bulbo. Utilizado en medición de temperatura en el exterior de tuberías. Al ser grueso permite una mayor zona de contacto.

Segundo bulbo. Utilizado en medición de temperatura en el interior de tuberías. Al ser corto y fino permite ser alojado en las vainas que se incrustan en el interior de las tuberías.

Tercer bulbo. Utilizado para medición de temperaturas ambientes. El aire circula perfectamente entre las espiras que forman el bulbo, ofreciendo una gran superficie de contacto.

Cuarto bulbo. Utilizado para medir la temperatura de líquidos por inmersión directa en el propio fluido.

Quinto bulbo. No tiene un uso definido.

Distintos tipos de bulbos para distintas aplicaciones

Dilatación de vapor

2.15.3 > CONTROLADORES DE TEMPERATURA ELECTRÓNICOS Las nuevas tecnologías aplicadas a los sistemas de control han posibilitado la creación de nuevos equipos, que permiten controlar la temperatura a nuestro antojo. Estos sistemas, aunque mucho más caros, permiten un nivel de regulación casi óptimo.

Estos equipos de control requieren varios elementos para su funcionamiento:

Sonda: Es el elemento sensible a las modificaciones de temperatura y encargado de enviar esa modificación al controlador. La sonda puede ser externa al termostato o integrada en él. Las temorresistencias son las sondas más comunes. Su funcionamiento se basa en que las termorresistencias varían su valor de resistencia (oposición al paso de electrones) en función a la temperatura.

Sonda de temperatura de agua

Controlador: Está compuesto por un circuito electrónico que, en función del valor de resistencia que detecte en la sonda, es capaz de decidir cómo actuar sobre el equipo controlado para que la temperatura llegue al punto de consigna elegido. La respuesta del controlador dependerá de los parámetros con los que el fabricante programe el equipo de control para responder a cada valor de resistencia recibido de la sonda. En algunos casos los parámetros del programa son accesibles para el instalador mediante la actuación interna de potenciómetros, puentes o microinterruptores.

Controlador electrónico

Actuador o equipo controlado: Es el elemento que se encarga de las aportaciones térmicas al local. Este equipo tiene que ser capaz de interpretar las señales que le envíe el controlador. EJEMPLO: Tenemos un equipo de control para garantizar una temperatura estable en una habitación. Conectamos el controlador para que la sonda comience a hacer lecturas de la temperatura que tenemos en el ambiente. En este caso el valor de resistencia le indica al controlador que la temperatura no es la deseada, el controlador envía una señal al actuador para que corrija la temperatura hasta llegar a la temperatura que marcamos en consigna.

Válvula de paso de agua

2.15.4 > TIPOS DE CONTROLADORES ELECTRÓNICOS Dentro de estos controladores tenemos diversas posibilidades, pues debido a su demanda se han creado controladores específicos para las aplicaciones más usuales. Cada uno de los elementos que a continuación se detallan son un tipo de controlador de uso habitual en las instalaciones. En relación con los termostatos convencionales estos controladores son mucho más caros, siendo más caros cuanto más sofisticado es el sistema elegido, aunque en todos ellos las características de la regulación conseguida nos aporta un importante ahorro a largo plazo.

Placa electrónica de un controlador

Controlador "Todo-nada": Es el controlador más sencillo. Solamente es capaz de encender o apagar el actuador (o funciona a 0% o al 100%) y no dispone de posiciones intermedias. Su funcionamiento es muy similar a los termostatos de dilatación. El único beneficio que obtenemos frente a éstos es que suelen permitir que regulemos fácilmente los parámetros de la actuación, como el diferencial, temporizaciones para el arranque o el paro, etc. EJEMPLO: Tenemos una temperatura de consigna de 10ºC y queremos 22ºC. Cuando la temperatura llegue al punto de consigna el termostato para el funcionamiento del equipo que aporta la energía al local.

Microinterruptores de regulación de un

controlador todo- nada Controlador proporcional: Estos controladores son muy especiales, pues no abren o cierran un contacto simplemente, sino que son capaces de responder con una señal que es proporcional a la diferencia entre la temperatura que queremos tener y la que realmente tenemos. Este tipo de controladores tienen que ir asociados a equipos que permiten este tipo de regulación. Tienen un error permanente que se traduce en que el equipo controlado funciona en un primer momento al 100% de su capacidad, pero, según se acerca al punto de consigna, va bajando su funcionamiento, parando cuando llega al punto de consigna. Este sistema tiene un gran problema y es que, en un primer momento, la variación de temperatura que conseguimos en el local que queremos climatizar se modifica muy rápido porque el equipo controlado está funcionando al 100%, pero cuando la temperatura se empieza a acercar al punto de consigna el nivel de funcionamiento es tan bajo (menor al 10%) que no llegamos a alcanzar la temperatura deseada.

Ejemplo de razonamiento: El funcionamiento de este controlador es muy similar a como funcionaría el sistema de llenado de un depósito (una cisterna de W.C. también funciona igual). La secuencia sería la siguiente: cuando el depósito esta vacío la boya que cierra el paso está completamente abierta, pero según el depósito se va llenando la boya va cerrando proporcionalmente el nivel alcanzado. Cuando el nivel es muy alto el paso del caudal de agua es muy pequeño, tardando mucho tiempo en alcanzar el nivel deseado.

Ejemplo real: Tenemos una temperatura de consigna de 22ºC y la temperatura del local son 12ºC (queremos calentarlo por tanto 10ºC) y disponemos de un equipo productor de calor que permite la conexión de este tipo de termostato. Nada más conectar el equipo el termostato detecta que la temperatura está muy lejos de la de consigna y le manda orden de funcionar al 100% de sus posibilidades. Pasado un corto espacio de tiempo la temperatura aumentó 2.5ºC (llegando a 14.5ºC ) y el termostato manda al equipo que funcione un 25% menos. Para conseguir el mismo nivel de cambio de temperatura necesitamos ahora más tiempo porque el equipo funciona a un porcentaje más bajo. Pasado un tiempo la temperatura ha aumentado otros 2.5ºC (llegando a 17ºC). Como hemos subido la temperatura la mitad de los 10ºC que nos hacían falta el equipo ha recibido la señal del termostato de funcionar al 50%. Funcionaría por tanto de forma proporcional: por cada 1ºC que sube la temperatura el equipo baja su funcionamiento un 10% hasta que llegue a la temperatura de consigna. El problema es que cuando estamos muy cerca de la temperatura deseada funciona a un nivel tan bajo que no termina nunca de llegar a la temperatura que queremos.

Fases de funcionamiento normal

Fases de funcionamiento perturbación

Controlador "proporcionales + integrales": Los termostatos proporcionales son poco precisos por el sistema de funcionamiento, manteniéndose siempre un error de funcionamiento entre la temperatura demandada y la conseguida. Para solucionar el problema de error permanente que observamos en los termostatos proporcionales, algunos más sofisticados incorporan la función de integral, que complementa el funcionamiento de los termostatos proporcionales. Estos controladores se denominan P+I, su funcionamiento consiste en que el termostato regula de forma proporcional hasta que se acerca al punto de consigna, momento en el que entra en funcionamiento el sistema integral que permite que el funcionamiento del equipo sea más exacto. Para conseguir esto el control integral calcula cómo se está modificando la temperatura y, si detecta que el porcentaje de funcionamiento que está mandando no consigue que la temperatura se ajuste a la de consigna, la función integral toma el mando enviando señales al actuador para que corrija su funcionamiento.

Fases de funcionamiento normal

Fases de funcionamiento perturbación

Controlador proporcionales + integrales + derivativo: Los controladores anteriores P+I siguen teniendo problemas de funcionamiento cuando se producen modificaciones bruscas en la temperatura del local, pues la respuesta es muy lenta para volver nuevamente al punto de consigna. Para resolver este problema se añade una función más a estos controladores. Esta función es la derivativa. La función derivativa sería la encargada de comenzar la regulación, funcionando prácticamente como un todo - nada consigue cambiar rápidamente la temperatura del local. Cuando la temperatura se aproxima a la zona de confort el controlador derivativo da paso al controlador proporcional que se hace cargo de la regulación, hasta que nos aproximamos a la temperatura de consigna. Entonces el proporcional dejaría paso al controlador integral. La función derivativa es muy inexacta, pues produce variaciones bruscas en la temperatura, por lo que siempre acompaña a alguna actuación, no siendo válida en solitario para la regulación. EJEMPLO: Tenemos un local que se encuentra a la temperatura de consigna pero alguien abre una ventana. Ante una demanda puntual de estas características el controlador derivativo entra en funcionamiento para compensar la pérdida térmica que se produce por la ventana. Cuando se cierra la ventana la temperatura empieza a corregirse dejando paso la función derivativa a la función proporcional y cuando ya estamos llegando al punto de consigna la función proporcional deja paso a la integral para que el valor obtenido sea exactamente el que marcamos como punto de consigna. Algoritmos de control: Los controladores que funcionan por algoritmos de control son equipos que vienen de fábrica cargados con una serie de programas de respuestas ya predeterminados por el fabricante ante unas condiciones concretas de demanda térmica. Estos programas de respuestas no obedecen a ninguno de los funcionamientos antes vistos, son específicos de cada fabricante y modelo, consiguiendo una calidad de regulación muy buena en la mayoría de los casos.

Controladores Auto adaptativos: Es el sistema de regulación más complejo que existe en la actualidad. Un procesador memoriza cómo repercuten las regulaciones que hace sobre la temperatura ambiente. Memorizando estos datos conseguimos que el controlador mejore su funcionamiento aprendiendo para la próxima ocasión en la que que vuelvan a producirse unas características de funcionamiento semejantes. Reducen en gran medida los tiempos de llegada a la temperatura de consigna.

2.15.5 > TIPOS TERMOSTATOS SEGÚN SU APLICACIÓN La manera más frecuente de denominar a los termostatos es por la función que cumplen dentro de la instalación, aquí vemos algunas de las más usuales.

Termostatos ambiente: Se utilizan para controlar la temperatura en el ambiente de un local. Al encontrarse a la vista son discretos y estéticamente agradables. Son los más utilizados, en algunos de ellos nos podemos encontrar que, dependiendo del tipo de equipo que controlen, pueden disponer de controles adicionales como un control de ventilación que permite seleccionar la velocidad del ventilador. La zona sensora no es visible, encontrándose en el interior del termostato. Para que el aire entre en contacto con la zona sensora disponen de rendijas de paso del aire.

Termostato conmutador

sencillo

Termostato con encendido o apagado y el

indicador.

Termostato con posición frío, calor

o apagado para cambio de temporada

Termostato con posición frío,

calor o apagado y dos velocidades

Termostato con tres velocidades

de ventilación

Termostatos inmersión: Se utilizan para controlar la temperatura de fluidos caloportadores (fluidos con los que transportamos el calor desde el punto de producción al punto que trataremos térmicamente ). Suelen instalarse en el interior de equipos o en salas de máquinas, lo que hace que su estética no sea muy tosca. Se caracterizan por disponer de un bulbo que es el elemento sensible que se encarga de llevar el valor medido desde el punto de medición hasta el termostato mediante un fino tubo capilar. Este tipo de termostato lo podemos encontrar incluso sin carcasa, constando únicamente de una escala graduada.

Termostato sin carcasa

Termostato de capilar corto

Termostato con bulbo y capilar

para mucha separación

Termostato estanco a las salpicaduras

Termostato cuyo bulbo es un

arroyamiento de capilar

Termostatos de contacto: Se colocan en contacto con el elemento cuya temperatura queremos controlar. Se utilizan para medir la temperatura exterior de las tuberías o la temperatura interior del fluido mediante un tintero instalado en la tubería. En este tintero introducimos la vaina del termostato.

Termostato de tubería, con el

muelle de sujeción

Termostato tubería. La zona

sensora es la parte trasera

Termostato de vaina. La vaina es la zona sensible

Termostato de vaina. Se coloca

en tuberías directamente

Termostato sin capilar. El bulbo se coloca en la zona que mediremos.

Termostatos digitales: Se utilizan frecuentemente este tipo de termostatos cuando nos interesa conocer la temperatura del fluido controlado o del ambiente, pues estos termostatos ofrecen siempre la función de termómetro digital. La calidad de medición suele ser muy alta, siendo su aplicación más extendida la instalación en cámaras frigoríficas. La sonda de temperatura es una termorresistencia, que se conecta eléctricamente mediante cable telefónico. Este tipo de sonda permite importantes distancias entre el termostato y la sonda.

Termostato digital para refrigeración. Incluye

funciones como la temporización de arrancada.

Sondas opcionales para medición de temperatura de

conductos.

2.15.6 > CONEXIONADO DE TERMOSTATOS

Termostato que funciona como conmutador

En el conexionado de los termostatos hay tantas posibilidades como distintos termostatos existen en el mercado. Aquí mostramos las conexiones más habituales. Tengamos presente que cada fabricante suele tener unas características de conexionado. A continuación tenemos varios esquemas sencillos de termostatos para distintos tipos de aplicaciones. 2.15.7 > CONEXIONADO DE CONTROLADORES En los controladores no existen pautas genéricas para su conexionado, siendo necesario consultar a cada fabricante el mejor modo de realizarlo. De forma genérica todos los controladores dispondrán de:

- Una entrada para la sonda, de sección muy fina similar al cable telefónico. En algunos casos incorporan la sonda en su interior y no tienen conexión para sondas externas ( dos cables )

- Una entrada para la alimentación eléctrica del propio equipo siendo posible encontrar equipos alimentados a 220v o a 24v de corriente alterna ( dos cables más tierra, el tierra en estos equipos es muy importante, pues algunos equipos lo toman como referencia de potencial cero voltios).

- Una salida para mandar señal al equipo controlado, siendo necesarios tres cables para poder mandar señales de apertura o cierre, según sea necesario.

2.16> SEPARADORES DE ACEITE

2.16.0 > INTRODUCCIÓN

En los equipos frigoríficos el órgano que tiene un mayor trabajo mecánico es el compresor y requiere una continua lubricación. El aceite, que no debería salir del compresor, en algunos ocasiones se escapa hacia el resto del circuito, lo cual puede ser muy peligroso, como veremos a continuación. Estas posibilidades aumentan en gran medida en equipos de cierta edad y con muchas horas de trabajo.

SEPARADOR DE ACEITE INDUSTRIAL

2.16.1 > MIGRACIÓN DE ACEITE El movimiento del aceite es normal y se produce en todos los compresores de los circuitos frigoríficos, desde una nevera doméstica, un aparato de aire acondicionado, o una máquina industrial.

A este movimiento del aceite por el circuito frigorífico se le denomina migración de aceite. Se denomina así porque el aceite hace un recorrido cíclico por el circuito volviendo nuevamente al compresor. Mientras la migración de aceite se mantiene dentro de unos parámetros normales no se hace necesario tomar ninguna medida.

Hay varias causas que provocan la migración de aceite:

Causa 1: El compresor necesita tener lubricada la zona de compresión ya sean pistones o cualquier otro elemento de compresión. Con el paso del tiempo se crean holguras, que permiten que el compresor impulse con el refrigerante parte del aceite que lubricaba la zona de compresión.

Solución: Este problema es difícil de solucionar siendo necesario retirar las piezas desgastadas sustituyéndolas por otras. En algunos casos, como en los compresores alternativos, la zona de desgaste de los pistones es recambiable (camisas y aros de desgaste o segmentos). Siempre en estos casos es recomendable montar un separador de aceite.

Causa 2: La miscibilidad del aceite con los refrigerantes que poseen átomos de cloro, pues el cloro tiende a absorber el aceite. Esta característica se ve afectada por la temperatura del refrigerante, de forma que cuanto más frío está el aceite mayor es la posibilidad de mezcla. Esto se produce sobre todo en maquinaria frigorífica que funciona como bomba de calor y maquinaria frigorífica que permanece en modo frío todo el año atendiendo salas de ordenadores, cámaras frigoríficas, etc.

Solución: Para evitar este problema es suficiente con calentar el aceite cuando la máquina está parada, que es el momento que más fácilmente se produce la mezcla de aceite y refrigerante. El calentamiento se realiza con una resistencia llamada de cárter porque se aloja en el cárter del compresor para mantener éste caliente.

Causa 3: Algunos compresores especialmente los más pequeños se lubrican por salpicadura, que consiste en que alguna parte móvil del compresor salpica aceite a todas las partes móviles. Este sistema produce pequeñas gotas que son arrastradas con el refrigerante.

Solución: Montar un separador de aceite.

Causa 4: En algunas instalaciones la distancia entre las partes que componen el circuito frigorífico están muy distantes, haciendo difícil el retorno del aceite. Esto es especialmente peligroso cuando tenemos el compresor en un punto más elevado que el evaporador, pues el aceite para volver a subir nuevamente al compresor tiene que ir resbalando por las tuberías lentamente.

Solución: Todos los fabricantes de maquinaria en sus normas de instalación indican a partir de qué distancia es necesario instalar sifones en la tubería ascendente para funcionar a modo de descansos intermedios para el aceite, facilitando así el recorrido hacia el compresor.

2.16.2 > DAÑOS PRODUCIDOS Los daños producidos normalmente por el aceite son variados, dependiendo de la cantidad de aceite que lleguemos a perder.

Golpe de líquido. Consiste en la entrada de aceite dentro del elemento de compresión que, al no poder evacuarlo hacia la zona de compresión, provoca la rotura de las partes móviles. Es especialmente peligroso para los compresores alternativos que llegan a partir las bielas de los pistones. Algunos compresores tipo scroll tienen una seguridad que, en caso de llegada de líquido a la zona de compresión, permiten su circulación sin producir daños.

Inundación de otras partes del circuito frigorífico. En todos los circuitos hay zonas que por su posición mas baja o su forma son los elegidos por el aceite para acumularse. Si la acumulación se produce en las baterías de intercambio se produce su inutilización desequilibrando el funcionamiento del equipo. Ejemplo: si disminuimos la superficie del evaporador enfriaremos menos el local que queremos climatizar.

Falta de lubricación. Si tenemos una pérdida constante de aceite hacia el circuito llega un momento en el que no disponemos de cantidad de aceite suficiente para la lubricación de los órganos internos del compresor, llegándose a producir por esta falta de lubricante el desgaste de las partes que se encuentran en fricción constante e incluso su agarrotamiento por exceso de calentamiento. 2.16.3 > CONCEPTOS BÁSICOS DE FUNCIONAMIENTO

MONTAJE DEL SEPARADOR DE ACEITE

Los separadores de aceite se encargan de recuperar la mayor cantidad posible de aceite atrapando las partículas de aceite que son arrastradas junto al refrigerante hacia el circuito. Estas partículas las llevan al compresor, que es donde realmente son útiles.

Evitan que se pierda el aceite lubricante por las tuberías del sistema obligándole a permanecer en el compresor garantizando así el correcto lubricado de los elementos que lo necesitan.

Depende del tipo de refrigerante es necesario o no su montaje. En ejemplos como R-12 no era necesario, con amoniaco es imprescindible y en R-22 es recomendable sobre todo en bajas temperaturas.

Se coloca en la descarga del compresor lo más cercano posible a éste.

El funcionamiento del separador consta de varios pasos que son:

Producimos un brusco golpe con las paredes de éste, desprendiéndose parte del aceite que acompaña al refrigerante. Al entrar en la cavidad del propio recipiente el gas pierde velocidad perdiendo la capacidad de arrastrar el aceite.

Producimos cambios bruscos en la dirección de circulación del refrigerante haciéndole pasar después por un filtro de malla, al cual se quedan pegadas las finas gotas de aceite que escapan del compresor. Las finas gotas que quedan pegadas al filtro van escurriendo por su propio peso hasta llegar al fondo del depósito. Una vez el aceite ha sido recogido solamente necesitamos enviarlo al cárter del compresor. Para mandar el aceite existen dos formas posibles:

Vaciado manual: Consiste en una válvula que debe ser abierta cuando a través del visor del nivel de aceite acumulado veamos que es necesario su actuación. El propio refrigerante a alta presión empuja el aceite hacia el cárter pues éste se encuentra a baja presión

Vaciado automático: Mediante una boya que actúa cuando el nivel es alto abriendo el paso de aceite hacia el cárter, siendo el aceite impulsado por la presión del refrigerante.

Sección interna de funcionamiento: Separador de

aceite industrial

2.16.4 > REPOSICIÓN DE ACEITE AL CIRCUITO

En algunas ocasiones el aceite se pierde por fugas en el circuito. En esos casos es necesario volver a introducir más aceite en el circuito, encontrándonos con la dificultad de como hacerlo, pues el circuito es hermético y se encuentra en sobrepresión.

Las indicaciones que hacemos son para compresores alternativos por ser los más extendidos, siempre que cumplan la condición de que posean visor de líquido (pequeña mirilla a la altura del cárter que permite ver el nivel de aceite). Existen varias formas de introducir el aceite dentro del compresor siendo las más normales las indicadas a continuación:

Introducción directa en el compresor. Consiste en retirar el compresor del circuito frigorífico e introducir el aceite por la aspiración del mismo. Permite eliminar el resto del aceite que queda en el compresor para poder introducir la cantidad justa, pero requiere tirar el refrigerante y volver a cargar la máquina.

Introducción por aspiración del propio compresor. Casi todos los circuitos poseen alguna válvula antes de la aspiración del compresor. Si la cerramos y mantenemos funcionando el compresor éste crea el vacío suficiente para poder absorber el aceite mediante un latiguillo de carga conectado al obús de carga en baja presión.

Introducción por bomba de aceite. Es una bomba similar a las de bicicleta pero preparada especialmente para absorber el aceite por la manguera y bombearlo por un latiguillo que se conecta en la parte alta de la misma. En este caso nosotros tenemos que comprimir el aceite para que tenga más presión que la existente en el circuito frigorífico.

CIRCUITO FRIGORÍFICO CON SEPARADOR DE ACEITE

2.17> TUBERÍA FRIGORÍFICA

2.17.0 > INTRODUCCIÓN

El tubo utilizado en las instalaciones de aire acondicionado es distinto al utilizado en otro tipo de instalaciones, como pueden ser las de fontanería. Los diámetros de comercialización de unas y otras también es distinto, siendo las de fontanería en milímetros y la tubería frigorífica en pulgadas. Aunque entre algunas tuberías hay coincidencia no se deben utilizar para refrigeración tubos de fontanería, pues no cumplen las condiciones impuestas para su utilización. Tampoco se deben mezclar distintos materiales en una misma instalación.

2.17.1 > CARACTERÍSTICAS DE LOS TUBOS Lo primero que notaremos cuando trabajemos con estos tubos es que se sirven limpios de impurezas, precintados y con tapones en los dos extremos para que conserven la deshidratación a la que se le somete en fabrica a estos tubos.

CARACTERÍSTICAS GENERALES ESTIRADO RECOCIDO Peso especifico (kg/dm³) 8.9 8.9 Temperatura de fusión (ºC) 1083 1083 Calor especifico 0.092 0.092 Temperatura de recocido (ºC) - 500 Temperatura de forja (ºC) 750-900 750-900 Alargamiento (%) 3 a 5 28 a 30

2.17.2 > PRESENTACIÓN El tubo se presenta en dos formatos posibles en tubo o en barra.

El que va en rollos se denomina recocido, esta clase de tubo permite ser doblado y suele venir en rollos de 25m. Estos tubos no deben estirarse o curvarse más de lo necesario ya que se endurecerá. El que va en barras se denomina estirado, no tiene ductilidad por lo tanto no se puede doblar, se utiliza sólo en tramos rectos.

Los diámetros de tubo que se emplean en refrigeración, otra diferencia importante son las medidas exteriores que en los tubos para refrigeración esta estandarizado su uso en medidas inglesas es decir en pulgadas y múltiplos de las mismas, en las siguientes tablas podemos ver la equivalencia de medidas que tendríamos entre pulgadas y milímetros.

2.17.3 > LÍNEAS PRECARGADAS Aunque hoy en día no se utilizan apenas, podemos encontrar gran cantidad de máquinas montadas con el sistema de líneas precargadas. Este sistema intentaba facilitar el montaje de los equipos partidos tipo split. Como el principal problema en las instalaciones es la interconexión de las dos unidades, salieron al mercado unos rollos de tuberías que venían aisladas, cargas de refrigerante (para que no hiciera falta hacer vacío a las líneas) y con las tuercas montadas y el abocinado realizado, de tal manera que solamente era necesario conectar las tuberías a las unidades y por una cuchilla interna al apretar las ultimas vueltas se pinchaban las tuberías quedando el circuito perfectamente cargado y conectado.

El principal problema era que los rollos venían en distintas medidas y difícilmente venían justos para las distintas instalaciones. A veces sobraba mucho tubo y la única opción era dejarlo enrollado junto a la condensadora. Este inconveniente hizo que el sistema se dejara de utilizar casi por completo y hoy lo único similar que podemos encontrar son rollos de tubería que vienen aislados, pero sin cargar ni abocinar para que se pueda adaptar a cualquier instalación.

2.18> ACEITE

2.18.0 > INTRODUCCIÓN

El componente del circuito frigorífico que más trabajo realiza es el compresor. Es el elemento encargado de transformar la energía de tipo convencional en energía de movimiento, pero siempre que producimos un cambio en el tipo de energía se generan pérdidas, que en el caso del compresor son debidas al rozamiento de sus elementos internos encargados de la compresión. Cuando tenemos piezas que están constantemente rozándose entre ellas debemos refrigerarlas convenientemente, pues de lo contrario podrían llegar a sufrir dos tipos de averías:

Por exceso de calentamiento: Debido a esta causa puede que se dilaten las piezas que se encuentran en movimiento, llegando a quedar atascadas en su recorrido alguna de las partes móviles. Cuando esto ocurre se dice que el compresor ha quedado agarrotado. El agarrotamiento suele ser irreversible, aunque en algunas ocasiones puede llegar a funcionar nuevamente cuando se enfría.

Por falta de lubricante entre los órganos en movimiento: Esto hace que los órganos se rocen directamente llegando a sufrir desgastes entre los elementos en contacto que se traducirán con el tiempo en holguras que producen ruidos excesivos y en definitiva la imposibilidad de que el compresor pueda comprimir. El desgaste solamente puede solucionarse cambiando los elementos desgastados.

2.18.1 > SISTEMAS DE LUBRICACIÓN Por salpicadura: Consiste en que alguno de los órganos en movimiento del compresor (normalmente el pie de biela) se introduce en el aceite del cárter (parte baja) salpicando el interior del compresor. Este sistema solamente es válido para compresores muy pequeños.

Por bomba de aceite: En compresores grandes la lubricación de los órganos internos es compleja, siendo necesaria una bomba específica para inyectar el aceite en todos los puntos con posibilidad de rozamiento. La bomba de aceite aspira el aceite del cárter del compresor y lo reparte por la galería de conductos que el fabricante trazó en todas las zonas con fricción del compresor. La bomba de aceite suele ir siempre integrada en la parte trasera del compresor, conectada al eje del motor del propio compresor del que toma la fuerza para su movimiento de comprensión del aceite y por el que introduce el aceite para que llegue a los cojinetes y a los pies de las bielas, quedando estos así perfectamente lubricados.

Recorrido del aceite por el interior de un compresor alternativo

2.18.2 > TIPOS DE ACEITES

Aceite mineral: Se emplean con los CFC y HCFC, son muy miscibles y poco higroscópicos. No son miscibles con los nuevos refrigerantes, ya que éstos arrastran el aceite y se acumula en el evaporador.

Poli-Alquil-Glicol ( P.A.G.): Se emplea con los HFC, es muy higroscópico, se oxida en exposición con el aire. No se puede mezclar con mineral y se debe mantener en recipientes herméticos. Se usa casi exclusivamente en automoción.

Poliol-Ester (Base Ester): Se puede mezclar con todos los refrigerantes (CFC, HCFC, HFC), y también con el aceite mineral si no supera el 1% de éste en la instalación y si se emplea HFC. Si se emplea HCFC se puede mezclar mineral y base Ester al 50%-50%. No es tan higroscópico como el PAG, pero lo es más que el mineral.

2.18.3 > MIGRACIÓN DE ACEITE El movimiento del aceite se da por todo el circuito, pues el aceite acompaña al gas en su recorrido. El recorrido del aceite por el circuito, al igual que el gas refrigerante, debe ser cíclico. Quiere decir que todo lo que parte del compresor debe de volver a él. Es frecuente que por el tipo de instalación de los elementos del circuito frigorífico se produzcan zonas donde se acumule el aceite. Esta acumulación es muy peligrosa por varias razones:

Si el aceite se acumula en otras partes distintas del cárter del compresor, corremos el riesgo de que exista una deficiencia de aceite en el propio compresor. Ejemplo: Si el compresor tiene 33 cl de aceite y migra la mitad del aceite puede ocurrir que los 15 cl que quedan en el cárter del compresor no sean suficientes. La zona donde se acumula el aceite ve su funcionamiento afectado. Ejemplo: Si el aceite se queda en alguna de las baterías éstas dejan de funcionar correctamente, pues todo el tubo que esté ocupado por aceite no puede ser usado por el refrigerante para cambiar de estado.

2.18.4 > SIFONES EN LÍNEAS Para facilitar el retorno especialmente en los equipos que tienen mucha distancia entre el evaporador y el condensador se utilizan sifones colocados en las líneas. Son especialmente necesarios cuando el compresor se encuentra a mayor altura que el evaporador. Al producirse la comprensión el aceite sale hacia el condensador, viajando hacia el evaporador del cual es difícil volver por encontrase con un gran desnivel. En la actualidad hay fabricantes que no recomiendan la instalación de sifones por ser innecesarios para sus máquinas. La mejor forma de saber si son necesarios o no es consultar al fabricante. 2.18.5 > RESISTENCIA DE CARTER La resistencia de cárter es el elemento encargado de evitar que el refrigerante y el aceite se mezclen. Cuando el aceite está frío tiende a mezclarse con el refrigerante, con la resistencia de cárter calentamos el aceite que se encuentra en el cárter del compresor, evitando que se mezclen los dos elementos.

La resistencia de cárter que utilizamos puede ser de dos tipos:

De superficie. Consiste en una abrazadera sin fin que es capaz de englobar el perímetro del compresor y que en su interior consta de un cable térmico que al enchufarlo calienta la superficie exterior del compresor. Se utiliza en compresores muy pequeños.

Interna. Consiste en una resistencia que se aloja en el interior del bloque que forma el compresor, pero no tiene contacto directo con lo que queremos calentar, pues lo que calentamos es el cuerpo externo del compresor en la zona del cárter. Este sistema tiene un gran defecto y es que cuando una resistencia se rompe es normal que se dilate quedándose la resistencia agarrotada en el interior del alojamiento del cárter dispuesto a tal efecto.

2.18.6 > VISOR DEL NIVEL DE ACEITE El visor de nivel de aceite nos permite controlar la cantidad que tenemos en el cárter. El visor consiste en un cristal que mediante una junta y tornillería va fijado al bloque del compresor. El nivel de aceite debe llenar entre la mitad y tres cuartos del visor.

En los compresores de pequeño y mediano tamaño no disponemos de visor, siendo su presencia muy habitual en compresores semi-herméticos de gran potencia.

2.18.7 > CARACTERÍSTICAS Los aceites para refrigeración deben estar deshidratados, soportar temperaturas frías y no debe descomponerse en condiciones normales de funcionamiento.

Viscosidad: Es la resistencia que fluye por un sitio. Si es viscoso, es que es muy denso el aceite y si tiene poca viscosidad es muy fluido.

Se mide en grados Engler y se suele acompañar la temperatura del aceite y el tiempo que tarda en fluir por el equipo de medición Engler. Otra medida es la ISO VG que tiene una escala del 2 hasta el 100. Para refrigeración se emplean aceites con poca viscosidad.

Punto de congelación: Es la temperatura a la cual el aceite deja de fluir, se solidifica. Minerales = 50ºC

Alquibencénicos, base Ester = 100ºC

Carbonización: Es el punto de inflamación y combustión del aceite.

Al soportar temperaturas elevadas el aceite se ennegrece y se carboniza, la temperatura de carbonización es entre 120 –130ºC.

Punto de flucolación: Es la temperatura a la cual aparecen granos de cera en el aceite, mezclado con refrigerante. Esta temperatura es más baja que la de congelación. Al subir la temperatura el aceite ya no se puede reutilizar.

Índice de neutralización: Cuando los aceites se mezclan con agua u oxígeno suelen crear ácidos. Este índice nos indica la cantidad de ácido que es capaz de crear. Es mejor cuanto menor es este índice.

Rigidez dieléctrica: Es la resistencia eléctrica del aceite, suele ser de 25 Kv.

EJEMPLO de características del SUNISO 365:

Viscosidad: SSU –37,8º 150" Índice de neutralización: 0,1 Rigidez dieléctrica: 25 Kv

2.19> OTROS ELEMENTOS

2.19.0 > INTRODUCCIÓN

Existen en los circuitos frigoríficos algunos elementos que es necesario que sepamos de su existencia, pues influyen significativamente en el funcionamiento de todo el sistema, aunque no son de uso frecuente en instalaciones de pequeña potencia.

ESQUEMAS DE VÁLVULAS PARA

DIVERSOS FINES

2.19.1 > VÁLVULAS DE CONTROL DE ASPIRACIÓN (KVL)

válvula KVL

Este tipo de válvulas regula la presión de aspiración del compresor cuando ésta supera ciertos valores que podrían sobrecargar el compresor.

Normalmente se calculan los compresores para que trabajen a régimen. En el momento en que se pone en marcha por primera vez introducimos una carga térmica muy grande o sale de un desescarche. La válvula de expansión se abre a tope para poder regar el evaporador. Éste, al estar caliente, produce la total evaporación del refrigerante aumentando la presión de evaporación. Si esta sobrepresión se prolonga se dispararía el protector térmico del compresor.

Con la válvula KVL podemos evitar que al compresor le llegue tanta presión de aspiración en las arrancadas limitando la presión.

Por ejemplo, en una instalación con R-22 si la cámara tiene 20ºC la presión de aspiración sería de 5 bar. Esta presión es elevada para el tipo de compresor que tenemos instalado. Entonces, con la ayuda de un manómetro, regulamos la válvula para tener una presión máxima de evaporación de 2 bar.

La válvula, mientras tenga una presión superior a 2 bar, irá cerrando para limitarla. En el momento en que la máquina trabaje a régimen y consigamos una presión inferior a 2 bar la válvula no actúa.

Se debe instalar lo más cercano posible del compresor.

2.19.2 > VÁLVULAS DE CONTROL DE CONDENSACIÓN (KVR KVD)

válvula KVR

La válvula KVR se coloca a la salida del condensador para aumentar la presión de condensación cerrando el paso de refrigerante.

Hasta que no alcanza la presión a la cual la hemos ajustado no abre y por lo tanto llenamos el condensador de líquido haciéndolo más pequeño.

De esta manera aumentamos la presión pero también dejamos el calderín sin presión. Para evitar esto, se coloca también junto a ésta una KVD que inyecta gas caliente al calderín.

Normalmente mantiene 1 bar por debajo de la presión de la línea de líquido.

Las KVD se usan también para aumentar la presión de alta comunicando la alta con la baja para aumentar la presión de descarga.

En verano no actúa ninguna de las dos válvulas.

Esquema de montaje

2.19.3 > VÁLVULAS DE CONTROL DE EVAPORACIÓN (KVP) Se coloca en la línea de aspiración justo después del evaporador para regular la presión de evaporación.

Se utiliza normalmente en el caso que tengamos un compresor con varios evaporadores y en éstos queramos conseguir temperaturas diferentes.

La válvula regula el paso de refrigerante para conseguir la presión correspondiente a la temperatura que quedamos conseguir en la cámara aunque el compresor aspire por debajo de ésta.

Por ejemplo si el compresor aspira a 0,6bar la válvula la regulamos a 2,5bar para conseguir la temperatura deseada en el recinto a enfriar.

También se utiliza en los casos en que el compresor es de mayor potencia que los evaporadores, de esta manera podemos conseguir en el evaporador la presión adecuada para conseguir la temperatura deseada en la cámara.

Esquema de montaje

Si tenemos varias cámaras conectadas en la misma línea de aspiración, han de llevar una antirretorno cada una, ya que si una de ellas para por temperatura se quedaría a menor presión que las demás. Entonces las demás que sí funcionan enviarían el gas a la cámara que está parada. Este gas se acumula y se condensa provocando en el momento de la arrancada golpes de líquido en el compresor.

El tornillo de regulación de estas válvulas opone una resistencia al paso del refrigerante desde 0,5 hasta 5 bar.

Estas válvulas son útiles para ajustar el D t en las cámaras con producto fresco.

Es igual que la KVR pero trabajan en un margen diferente de presiones.

ÉSQUEMA DE VÁLVULA

2.19.4 > VÁLVULAS PRESOSTÁTICAS Se emplean para controlar la presión de condensación en los condensadores de agua.

Se conecta a la presión de alta y abre o cierra la válvula dependiendo de ésta.

La presión se controla con el tornillo de manera que cuando la instalación esté parada ha de cortar el agua.

ÉSQUEMA DE VÁLVULA

2.19.5 > INTERCAMBIADOR DE CALOR Los intercambiadores de calor se empleaban mayoritariamente en R-12 y R-502 ya que aumentábamos considerablemente su rendimiento.

El intercambiador simplemente pone en contacto la tubería de aspiración y la de líquido a contracorriente de manera que incrementamos el recalentamiento y el subenfriamiento.

Con los gases antes mencionados se incrementaba el rendimiento sin elevar demasiado la temperatura de descarga cosa que no pasa por ejemplo con el R-22.

Va colocado lo más cerca posible del evaporador , la línea de líquido se aísla una vez pasado el intercambiador. El condensador se sobredimensiona.

En los sistemas con capilar se provoca un intercambio entre la línea de líquido y la aspiración para evitar que el gas se expansione antes de llegar al evaporador.

Forma externa del intercambiador

Esquema de montaje