MDULO III

MANTENIMIENTO DE CMARAS FRIGORFICAS CON CAPACIDAD

HASTA 20 HP

CLAVE: RAMA417

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DIRECTORIO

Lic. Josefina Vzquez Mota Secretaria de Educacin Pblica

Dr. Miguel Szkely Pardo Subsecretario de Educacin Media Superior

M. en C. Daffny Rosado Moreno Coordinador Sectorial de Desarrollo Acadmico de la SEMS

Bil. Francisco Brizuela Venegas Director General de Educacin en Ciencia y Tecnologa del Mar

M. en C. Gildardo Rojo Salazar Director Tcnico de la DGECyTM

C.P. Mara Elena Colorado Coordinadora Administrativa de la DGECyTM

Ing. Jorge Jaime Gutirrez Director de Operacin de la DGECyTM

Q.B.P. Francisco Escamilla Rodrguez Jefe del Departamento de Planes y Programas de Estudio de la DGECyTM

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CARRERA DE TCNICO EN REFRIGERACIN Y AIRE ACONDICIONADO

CLAVE: BTCMARA04

GUA DE APRENDIZAJE

MDULO III

MANTENIMIENTO DE CMARAS FRIGORFICAS CON CAPACIDAD

HASTA 20 HP

CLAVE: RAMA417

2007

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Reforma Curricular del Bachillerato Tecnolgico (Acuerdo Secretarial 345)

Componente de Formacin Profesional del Bachillerato Tecnolgico

Carrera de Tcnico en Refrigeracin y Aire Acondicionado

Profesores que elaboraron la presente gua de aprendizaje del mdulo III. Mantenimiento de cmaras frigorficas con capacidad hasta 20 HP: Jos Mario Julio Iribe Tapia, Jos Alfredo Ros Becerril.

Coordinadores de la DGECyTM: M. en C. Gildardo Rojo Salazar Ocean. Vctor Manuel Rojas Reynosa Q.B.P. Francisco Escamilla Rodrguez Bil. Jos Rodrigo Nava Mora

Edicin: M. en A. Rodolfo Ruiz Martnez

Mantenimiento de cmaras frigorficas con capacidad hasta 20 HP Primera edicin: 2007 Subsecretara de Educacin Media Superior, SEP Direccin General de Educacin en Ciencia y Tecnologa del Mar Direccin Tcnica

ISBN: 978-968-9386-26-1

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NDICE

Objetivo

Introduccin

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Submdulo I. Diagnstico del sistema mecnico y circuito elctrico de refrigeracin

11

1. Compresores 11 1.1 Compresor reciprocante hermtico 11 1.2 Compresor hermtico con motor monofsico 12 1.3 Compresor hermtico con motor de devanado bipartido 13 1.4 Compresor hermtico con motor de funcionamiento por capacitor y

arranque por capacitor

13 1.5 Compresor hermtico con motor trifsico 14 1.6 Compresor reciprocante semihermtico 14 1.7 Compresor reciprocante abierto 15 1.8 Compresor rotativo (de tornillo) abierto 16 1.9 Compresor de caracol hermtico 16 1.10 Vlvulas de servicio utilizadas en cmaras frigorficas de hasta 20 hp 16 1.11 Vlvulas de servicio para compresores 17 1.12 Vlvulas de servicio para tanque recibidor 18 1.13 Vlvula de acceso (de pivote) 19 1.14 Control de capacidad en compresores utilizados en cmaras frigorficas

de hasta 20 hp

20 1.15 Vlvulas de control de capacidad internas 21 1.16 Vlvulas de control de capacidad externas 21 1.17 Bypass de gas caliente 21 1.18 Consumo de energa con bypass de gas caliente 22

2. Condensadores utilizados en cmaras frigorficas 22 2.1 Condensadores enfriado por aire 23 2.2 Condensadores enfriados por agua 23 2.3 Condensadores evaporativos 24 2.4 Temperatura de condensacin 24 2.5 Gases no condensables 25 2.6 Diferencia de temperatura de condensacin 25

3. Control de flujo utilizado en cmaras frigorficas de hasta 20 hp 26 3.1 Principios del sobrecalentamiento 26 3.2 Efectos del sobrecalentamiento en un sistema de refrigeracin simple 27 3.3 Partes principales 31 3.4 Principios de operacin 31 3.5 Cada de presin a travs del evaporador 34 3.6 Igualador interno 34 3.7 Igualador externo 35 3.8 Usos del igualador externo 37 3.9 Aplicacin del igualador externo 38 3.10 Ubicacin del igualador externo 39 3.11 Ubicacin del bulbo remoto 40

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3.12 Fluctuacin (oscilacin o cicleo) 42 3.13 Ejemplos de cmo medir el sobrecalentamiento 43

4. Evaporadores utilizados en cmaras frigorficas de hasta 20 hp 45 4.1 Construccin del serpentn aletado y ventilador 46 4.2 Evaporador de tubo y placa 46 4.3 Descongelacin de los serpentines 47 4.4 Deshielo natural 47 4.5 Deshielo por resistencias elctricas 47 4.6 Descongelamiento por gas caliente 48 4.7 Deshielo manual 48

5. Accesorios mecnicos utilizados en cmaras frigorficas hasta 20 hp 49 5.1 Accesorios en la lnea de descarga 49 5.2. Accesorios en la lnea de lquido 52 5.3 Accesorios en la lnea de succin 57

6. Tuberas de interconexin del sistema de refrigeracin de la cmara frigorfica

60 6.1 Principios bsicos 61 6.2 Materiales de tuberas de refrigerante 61 6.3 Clasificacin de las tuberas de cobre utilizadas en refrigeracin 61 6.4 Aislamiento de tuberas de succin 62 6.5 Aislamiento de la tubera de lquidos 62

7. Refrigerantes utilizados en cuartos fros 62 7.1 Clases de refrigerantes 63 7.2 Cdigo de colores para los cilindros de refrigerantes 64

8. Lubricantes en el sistema de refrigeracin de cmaras frigorficas 65 8.1 Lubricantes minerales 66 8.2 Lubricantes sintticos tipo alquilbenceno 66 8.3 Lubricantes sintticos tipo poliolster 66 8.4 Compatibilidad de refrigerantes con aceites lubricantes 67

9. Controles elctricos usados en cmaras frigorficas 67 9.1 Controles de voltaje de lnea y bajo voltaje 68 9.2 Seleccin del sistema de control 68 9.3 Servicio monofsico 75 9.4 Servicio trifsico 75 9.5 Centro de carga 75 9.6 Dispositivos de proteccin de los circuitos elctricos 76 9.7 Capacitor de arranque 76 9.8 Capacitor de funcionamiento (trabajo) 77 9.9 Motores elctricos utilizados en cuartos fros 77 9.10 El protector electrnico del motor 80 9.11 Monitor de voltaje trifsico 81

10. Controles para el deshielo de evaporadores 82 10.1 Reloj programador de descongelacin 82 10.2 Termostato lmite de deshielo con retardo de puesta en marcha de

ventiladores

83 10.3 Disco bimetlico 83

11. Diez consejos para una instalacin exitosa 83 12. Reglas bsicas para una buena prctica 90

7

Submdulo II. Corregir fallas del sistema mecnico de refrigeracin 95

1. Mantenimiento preventivo del sistema mecnico de refrigeracin 95 1.1. Unidades motocompresoras 96 1.2. Condensadores 98 1.3. Evaporadores 98

2. Mantenimiento correctivo del sistema mecnico de refrigeracin 100 2.1. Localizacin y reparacin de fallas mecnicas del sistema de

refrigeracin 100

2.2. Localizacin y reparacin de fallas mecnicas en el compresor 101 3. Recuperar, reciclar y regenerar un gas refrigerante 103 4. Ciclaje corto del condensador 111 5. Carga de refrigerante a un sistema de refrigeracin 114

5.1 Carga en fase de vapor 114 5.2 Carga en fase liquida 115 5.3 Cmo se determina la carga apropiada de refrigerante 116

Submdulo III. Corregir fallas en los circuitos elctricos y electrnicos del sistema de refrigeracin

121

1. Mantenimiento correctivo en los circuitos elctricos y electrnicos del sistema de refrigeracin

121 1.1 Solucin de problemas elctricos 121 1.2 Anlisis de un compresor muerto 123

Glosario

125

Fuentes de informacin 165

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OBJETIVO

Joven estudiante de la carrera de refrigeracin y aire acondicionado, en este semestre continuars estudiando uno ms de los diferentes sistemas de refrigeracin, nos referimos a los elementos que integran una cmara frigorfica de hasta 20 hp.

En la presente gua se abordan, en el submdulo I, los contenidos del programa que se refieren a los elementos mecnicos, elctricos y electrnicos. Esto te ayudar para que de manera terica, analices, reflexiones y comprendas los elementos que estructuran dicho sistema de refrigeracin.

Aunque algunos de estos elementos ya los conoces y entiendes la funcin que realizan, se tratan el diagnstico y la falla que presentan en el ciclo de refrigeracin y descongelacin, adems de las precauciones en su instalacin. No es vano volver a describir su uso, aunque sea en otro sistema.

De igual forma, en el segundo y tercer submdulos se presentan conceptos tericos, esquemas, diagramas y figuras que representan el diagnstico y reparacin de una cmara frigorfica de hasta 20 hp. Estos elementos hacen que el material tenga la mejor presentacin y calidad.

Recuerda joven estudiante que parte de tu formacin tcnica est contenida en este material. La parte complementaria es aquella que realizars en la prctica de la refrigeracin en combinacin con el presente documento. El objetivo es que al concluir el semestre y los submdulos el aprendizaje que hayas adquirido sea de calidad, y que tu formacin sea la que te haga competente en el desarrollo y manejo de herramientas y equipos, ya que contars con las habilidades, destrezas y aptitudes inherentes al campo de la refrigeracin y el aire acondicionado.

La descripcin de la funcin, el tipo y las caractersticas de los elementos principales y accesorios suplementarios se abordarn en forma arbitraria o continua de acuerdo con el desarrollo del ciclo o estructuracin del sistema, de tal manera que se utilicen como un apoyo a tus conocimientos previos para la realizacin de la prctica.

La gua est elaborada con la congruencia del programa del mdulo III; se pretende que su utilizacin sea para incrementar los conocimientos en el acervo de la prctica de la refrigeracin.

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INTRODUCCIN

Diagnosticar un sistema de refrigeracin de cmras frigorficas con capacidad de 20 hp requiere conocer cmo funciona cada uno de los componentes mecnicos, elctricos y electrnicos de los cuartos fros; adems, comprender el funcionamiento en conjunto de todos los elementos que integran el ciclo de refrigeracin o deshielo de las cmaras frigorficas, segn sea el caso.

10

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SUBMDULO I DIAGNSTICO DEL SISTEMA MECNICO Y CIRCUITO ELCTRICO DE

REFRIGERACIN

Refrigeracin.

sta es el proceso de quitar energa trmica de donde no se desea y deshacerse de ella en un lugar donde se desee o donde no sea motivo de objecin. La refrigeracin mecnica utiliza componentes mecnicos para producir trabajo y transferir calor de un rea de baja temperatura a un rea de alta temperatura; por ejemplo, si se trata de una cmara frigorfica, desde el interior del cuarto fro hacia el medio condensante (aire, agua o ambos) en el condensador.

Proceso de refrigeracin.

La transferencia de calor en el sistema de refrigeracin se lleva a cabo utilizando un refrigerante que opera en un sistema cerrado. El sistema de refrigeracin se aplica tanto en sistemas refrigerados como en sistemas de aire acondicionado; los primeros estn principalmente concebidos para el enfriamiento de productos.

1. Compresores.

El compresor tiene dos funciones en el ciclo de refrigeracin por compresin. En primer lugar, succiona el vapor refrigerante y reduce la presin en el evaporador a un punto en el que puede mantenerse la temperatura de evaporacin deseada para una aplicacin determinada. En segundo lugar, el compresor eleva la presin del vapor refrigerante a un nivel lo suficientemente alto, de modo que la temperatura de saturacin sea superior a la temperatura del medio enfriante disponible para la condensacin del vapor refrigerante.

Los compresores utilizados en cmaras frigorficas de hasta 20 hp se clasifican en tres tipos principales: reciprocante, rotativo y caracol (scroll). El compresor reciprocante es el que hasta el momento tiene mayor aplicacin en los cuartos fros. Adems, este tipo de compresor puede clasificarse, de acuerdo con su construccin, en hermtico, semihermtico o abierto.

1.1 Compresor reciprocante hermtico

El motor y compresor estn contenidos en la misma carcasa metlica soldada, cuya soldadura se efecta como complemento en la fabricacin del compresor. Esta unidad se llama comnmente compresor sellado, ya que es imposible darle servicio sin cortar el envolvente (figura 1). A continuacin se detallan las caractersticas de los compresores hermticos soldados:

1. No se puede acceder al interior del envolvente a menos que se corte. 2. Estos compresores slo los abren talleres especializados en esta clase de trabajo. De

otro modo, a menos que el fabricante admita que le sea devuelto el compresor para examinarlo, debe considerarse como un compresor desechable.

3. El eje del motor y el cigeal del compresor forman un solo eje. 4. Se consideran normalmente como un componente de baja presin, ya que el refrigerante

aspirado entra directamente en el crter en el interior del envolvente. La lnea de

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descarga (alta presin) se conecta normalmente a la salida de dicho envolvente, de forma que la unidad slo puede valorarse por la presin de trabajo de baja.

5. Por lo general, estos compresores se enfran por el gas de aspiracin. 6. Normalmente incorporan un sistema de lubricacin a presin. 7. La combinacin de motor y cigeal hace que adopten casi siempre la posicin vertical

mediante un cojinete en el extremo final del eje junto a la bomba de aceite. El segundo cojinete se localiza a medio camino del eje entre el compresor y el motor.

8. Los pistones y bielas trabajan hacia fuera del eje, con un ngulo de 90 en relacin con l.

FIGURA 1. COMPRESOR HERMTICO.

La capacidad de los compresores reciprocantes hermticos utilizados en las cmaras frigorficas vara desde a 5 hp, y se ensamblan para trabajar con refrigerantes HCFC o HFC, y con los aceites minerales, alquilbenceno y POE. Para todos los compresores de refrigeracin el sobrecalentamiento debe estar entre 4 y 11 C (7 a 20 F), para garantizar su funcionamiento correcto, independientemente de la aplicacin y del tamao. La lectura de la temperatura debe hacerse en la succin del compresor, aproximadamente a 15 centmetros mismote l.

1.2 Compresor hermtico con motor monofsico

El motor monofsico tiene un solo devanado de funcionamiento o fase y, bsicamente, no es un motor de autoarranque. Una vez iniciada la marcha, funcionar como un motor de induccin. Con el fin de proporcionarle un par de arranque se equipa con un devanado adicional llamado devanado de arranque, el cual, normalmente, tiene mayor resistencia que el devanado de funcionamiento. Los motores monofsicos se diferencian, principalmente, por los distintos dispositivos de arranque utilizados.

Si la bobina de arranque permanece conectada durante el funcionamiento del motor la daar el exceso de calor. Por consiguiente, la bobina de arranque se desconecta del circuito cuando el motor se aproxima a la velocidad de funcionamiento, ya sea mediante un relevador de potencia o uno de corriente.

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Un relevador de corriente se encuentra normalmente abierto cuando est desenergizado y la bobina est devanada de modo que los contactos se cierren cuando el motor absorbe la corriente de arranque, pero se desconecta cuando la corriente se aproxima a las condiciones de carga total. Por consiguiente, el relevador de corriente nicamente se cierra durante el ciclo de arranque.

Un relevador de potencia se encuentra normalmente cerrado cuando est desenergizado y la bobina est diseada para abrir los contactos slo cuando el devanado de arranque genera suficiente voltaje. Debido a que el voltaje o fuerza electromotriz que genera el devanado de arranque es proporcional a la velocidad del motor, el relevador se abrir nicamente cuando el motor haya arrancado y se aproxime a la velocidad normal de funcionamiento. Estos compresores con motor monofsico, utilizados en cuartos fros, trabajan con un voltaje de 220 voltios y dos lneas.

1.3 Compresor hermtico con motor de devanado bipartido

En un motor de devanado bipartido el devanado de funcionamiento y el devanado de arranque estn conectados en paralelo y separados 90. La bo bina de funcionamiento est devanada con un alambre relativamente grueso, mientras que la bobina de arranque est devanada con un alambre delgado y tiene una resistencia mucho mayor que la bobina de funcionamiento. La combinacin de mayor resistencia y desplazamiento fsico motiva que la bobina de arranque se encuentre ligeramente fuera de fase con el devanado de funcionamiento, lo que produce suficiente fuerza magntica para hacer que gire el rotor.

El par de arranque de un motor de fase seccional es bajo, la corriente de arranque, elevada, y la eficiencia, relativamente baja. Estos compresores con motor de devanado bipartido, utilizados en cmaras frigorficas, trabajan con un voltaje de 220 voltios y dos lneas vivas.

1.4 Compresor hermtico con motor de funcionamiento por capacitor y arranque por capacitor

Mediante la conexin de un capacitor de funcionamiento en paralelo con el capacitor de arranque (terminales A y T), el motor se ve reforzado porque el devanado de arranque es conectado en fase con el devanado principal despus de haberse desconectado el capacitor de arranque, lo cual permite al devanado de arranque soportar parte de la carga de funcionamiento. El capacitor de trabajo refuerza al motor, mejora el factor de potencia, reduce el consumo de corriente, aumenta la eficiencia y disminuye la temperatura del motor. Sin embargo, el motor debe estar diseado para operar con un capacitor, no puede adaptarse para el funcionamiento y arranque por capacitor.

Normalmente, no se recomienda emplear los relevadores de corriente en motores de funcionamiento y arranque por capacitor, pues existe el peligro de que haya descarga del capacitor de trabajo al capacitor de arranque a travs del relevador de corriente cuando ste se cierra. El elevado voltaje acumulado en el capacitor de trabajo puede motivar que se produzca un arco entre los contactos del relevador de corriente y stos se fundan, lo que provocara la falla del compresor. En caso de que se utilice un relevador de corriente con un motor de funcionamiento y arranque por capacitor, deber instalarse una resistencia entre los capacitores de trabajo y de arranque con el fin de evitar, en el arranque, un fuerte flujo de corriente al capacitor de arranque. Esto no sucede en los sistemas equipados con relevador potencial,

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puesto que los contactos se encuentran normalmente cerrados en el arranque y el voltaje acumulado en los capacitares de arranque y trabajo es el mismo.

El capacitor de trabajo, conectado en forma continua al circuito, est diseado para funcionamiento continuo, mientras que el capacitor de arranque se emplea slo momentneamente cada vez que el motor arranca, por lo que est diseado para funcionar en forma intermitente.

Los motores de funcionamiento y arranque por capacitor tienen muy alta eficiencia, alto factor de potencia y un elevado par de arranque; se utilizan en unidades monofsicas que oscilan desde una fraccin hasta 5 hp.

1.5 Compresor hermtico con motor trifsico

Los motores trifsicos son devanados con tres embobinados separados. Cada una de las bobinas est desplazada 120 con respecto a la otra , as se obtiene un par de arranque muy elevado, por lo que no se necesitan mecanismos ni dispositivos adicionales para el arranque. La direccin de giro del motor puede cambiarse invirtiendo dos de las tres conexiones de la lnea. En es tipo de compresores (reciprocantes) no afecta que se invierta la rotacin de los motores.

El hecho de que los motores trifsicos puedan utilizar cable de menor dimetro y que por ello sean ms reducidos, hace que se utilicen en casi todas las aplicaciones superiores a 1 hp (siempre que se disponga de energa trifsica). Las cmaras frigorficas que utilizan compresores hermticos con motor trifsico trabajan con voltaje de 220 en tres lneas de alimentacin. Los motores de tres fases correctamente embobinados, conectados a una fuente de corriente en la cual los voltajes de cada fase estn balanceados todo el tiempo, tendrn corrientes idnticas en todas las fases. La diferencia entre los embobinados de motores modernos es normalmente tan pequea que los efectos en amperaje son mnimos. Bajo una condicin ideal, si los voltajes de las fases fueran siempre iguales, un protector de motor sencillo en una de las lneas sera una proteccin adecuada para el motor contra daos debido al paso de un amperaje excesivo. Los voltajes balanceados no siempre se mantienen, por lo cual la corriente en las tres lneas no siempre es igual.

1.6 Compresor reciprocante semihermtico

En la fabricacin de los compresores semihermticos, el motor y el compresor van incorporados en el mismo crter unido con tornillos.

Este tipo de unidad puede atenderse quitando los tornillos y abriendo el crter (figura 2):

1. La unidad est atornillada en los puntos que conducen a la realizacin del servicio y su consiguiente reparacin.

2. El crter normalmente es de hierro fundido; tiene un alojamiento para atornillar el compresor, que tambin es de fundicin. Por lo general, son ms pesados que los compresores con envolvente de chapa soldada.

3. El conjunto de motor y cigeal es similar al del tipo hermtico soldado, con la excepcin del cigeal, que normalmente es de tipo horizontal.

4. Normalmente incorporan un sistema de lubricacin por salpicadura en los compresores ms pequeos, y de inyeccin a presin en los de mayor capacidad.

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5. A menudo son enfriados por aire, lo que se reconoce por las aletas existentes en el cuerpo de fundicin del crter, o bien por una cubierta extra de metal en su exterior con el fin de darle una mayor superficie al crter.

6. La cabeza de los pistones se encuentra normalmente en la parte superior del compresor, o cerca de la misma, trabajando hacia arriba y abajo desde el centro del cigeal.

El compresor reciprocante semihermtico de disco (discus) permite una tolerancia ms estricta en el interior de la parte superior del cilindro, en el llamado espacio muerto. Esta tolerancia de cierre aumenta la eficiencia del compresor debido a que reduce su volumen. Estas vlvulas de discos tienen mayor dimetro y permiten que pase ms refrigerante por el conducto en menos tiempo. Los compresores reciprocantes semihermticos utilizados en cmaras frigorficas de bajo caballaje se embobinan para que trabajen con 220 voltios a dos lneas de alimentacin, y los de mayor caballaje se embobinan de fbrica para que sean alimentados a 220 V con tres fases (trifsicos).

FIGURA 2. COMPRESOR SEMIHERMTICO.

1.7 Compresor reciprocante abierto

Los compresores abiertos accionados desde el exterior se fabrican en dos sistemas: los que se accionan por transmisin de correas y los de accionamiento directo. Cualquier compresor con accionamiento desde el exterior del crter requiere un anillo de un sello mecnico en el eje para evitar que el refrigerante se fugue hacia la atmsfera. La disposicin de este sello, o anillo obturador, no ha cambiado de forma notoria en muchos aos.

Los compresores accionados por bandas fueron los primeros y todava se emplean de forma notable. En este tipo de unidad, el motor y su eje estn en paralelo con el eje del compresor. Obsrvese que, al estar en paralelo los ejes del motor y del compresor, se crea un empuje lateral sobre ambos ejes para tensar las bandas. Este movimiento fuerza ambos ejes, tensin que el fabricante debe compensar por medio de los cojinetes del eje.

Los compresores accionados en forma directa se distinguen de los accionados por transmisin de bandas porque tienen el eje del compresor en contacto directo con el eje del motor. Estos ejes se unen por medio de un acoplamiento entre ellos con una pequea flexibilidad. Los dos ejes han de hallarse perfectamente alineados para girar en forma correcta. Los compresores reciprocantes abiertos pequeos se mueven mediante motores elctricos externos con una

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alimentacin elctrica de 220 voltios a dos lneas (fases), y a los de mayor tamao los mueven motores elctricos con alimentacin de 220 V a tres lneas (trifsico), lo que depende de en dnde se utilicen estos compresores. Tambin pueden promoverse con motores de combustin interna, los cuales tienen ejes de acople directo.

1.8 Compresor rotativo (de tornillo) abierto

El compresor de tornillo es otro mtodo mecnico para comprimir el gas refrigerante que se utiliza en instalaciones ms grandes. En lugar del sistema clsico de pistn y cilindro, el compresor de tornillo utiliza dos engranes ahusados que comprimen el vapor desde el interior hacia fuera.

El compresor de tornillo va equipado con un motor de tipo abierto en lugar del diseo hermtico. El eje va dispuesto con un sello mecnico para que exista hermetismo y el refrigerante no se tire por medio del eje que sale al exterior de la carcasa del compresor. Se utiliza un acoplamiento flexible para conectar el eje del motor con el del compresor. El objetivo es evitar el ms ligero fallo en la alineacin que pudiese motivar fugas o el desgaste de los cojinetes.

Estos compresores se emplean en grandes sistemas. Los refrigerantes que se emplearn pueden ser R-134, R-22, mezclas azeotrpicas o mezclas zeotrpicas. Las presiones de trabajo, tanto en los lados de alta como de baja presin del sistema, son las mismas que en los compresores de accin reciproca.

1.9 Compresor de caracol hermtico

Los compresores de caracol comprimen el gas entre dos componentes espirales muy ajustados entre s. Uno de ellos es fijo y el otro se mueve (sin girar) en una trayectoria orbital. Las cavidades que se reducen progresivamente comprimen el gas refrigerante con poca o ninguna vibracin.

Se trata de mquinas de desplazamiento positivo con eficiencias volumtricas; en la actualidad estn disponibles en tamaos de aproximadamente 2 a 10 hp. En cuanto a capacidad de refrigeracin, son aproximadamente 10% ms eficientes que un compresor reciprocante comparable.

1.10 Vlvulas de servicio utilizadas en cmaras frigorficas de hasta 20 hp

Con la excepcin de pequeos sistemas que utilizan compresores hermticos, casi todos los sistemas de refrigeracin tienen vlvulas de servicio para revisin operacional y de acceso para mantenimiento.

Los tcnicos de servicio de los sistemas de refrigeracin deben estar familiarizados con las vlvulas manuales de servicio. Estas vlvulas permiten sellar parte del sistema mientras se conectan manmetros, se carga o descarga refrigerante o aceite, se realiza vaco, etctera.

Existen varios tipos de vlvulas de servicio utilizadas en cuartos fros. Dichas vlvulas pueden tener volantes en sus vstagos, pero la mayora requiere de una llave para girarlos. Los

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vstagos de las vlvulas son de acero o de latn, mientras que el cuerpo est hecho de latn o fierro forjado; por lo general son del tipo empacado.

1.11 Vlvulas de servicio para compresores

Los compresores abiertos y semihermticos generalmente vienen equipados con vlvulas de servicio. Estas vlvulas van atornilladas al cuerpo del compresor, una en la succin y la otra en la descarga. Segn el tamao del compresor, pueden ser de dos o cuatro tornillos, como se muestran en la figura 3. Algunos compresores hermticos tambin usan vlvulas de servicio, pero stas no van atornilladas, sino soldadas o roscadas a la succin y descarga del compresor.

FIGURA 3. VLVULAS DE SERVICIO PARA COMPRESORES ABIERTOS Y SEMIHERMTICOS DE 4 Y 2 TORNILLOS.

Las vlvulas de servicio para compresor son de doble asiento, fabricadas de tal forma que el vstago sella contra el asiento, ya sea que est totalmente cerrado o abierto.

Los sistemas de refrigeracin de cuartos fros tienen vlvulas de servicio de uso comn de una y de dos vas. Las vlvulas de dos vas tienen dos puertos, uno puede estar abierto mientras que el otro est cerrado, o ambos pueden estar abiertos.

Las vlvulas de dos vas usualmente cierran el flujo de refrigerante en el sistema cuando el vstago se gira por completo en el sentido de las manecillas del reloj. Cuando el vstago se girado totalmente en sentido contrario a las manecillas del reloj, cierra la conexin del manmetro. Cuando el vstago se gira a un punto intermedio, ambos conexiones estn comunicadas, lo que permite el flujo del refrigerante, como se muestra en la figura 4. La conexin a la lnea de succin o descarga puede ser roscada (flare) o soldable.

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FIGURA 4. POSICIN DEL VSTAGO Y COMUNICACIN DE LAS CONEXIONES DE LA VLVULA DE SERVICIO.

1.12. Vlvulas de servicio para tanque recibidor

En los equipos de cmaras frigorficas este tipo de vlvulas se conoce ms comnmente como vlvula de ngulo. Estn diseadas para varios otros usos, adems de su aplicacin en tanques recibidores. Cuando se instalan adecuadamente proporcionan acceso al sistema para servicio. Se fabrican de doble asiento, igual que las del compresor, y con asiento sencillo.

Los materiales con que se fabrican los cuerpos de estas vlvulas son variados; los hay de latn forjado, fierro forjado, maquinados de barra de latn o de acero. En general son del tipo empacado en su vstago. Los materiales con que se fabrica el vstago son, normalmente, acero inoxidable o acero con un recubrimiento de nquel o cromo; los hay de asiento sencillo o de doble asiento.

La caja de empaques consiste, generalmente, de la tuerca opresora, anillos O y rondanas de acero o latn. Sus conexiones inferiores pueden ser roscadas para tubo o soldables, con o sin extensin de cobre. Estas ltimas permiten soldarlas con plata, sin temor a que se dae el empaque.

La conexin lateral tambin puede ser roscada (flare) o soldable, con o sin extensin de cobre. En las de doble asiento la conexin de servicio es de flare. En la figura 5 se muestran las partes internas de las vlvulas de ngulo con asiento sencillo y otra con asiento doble.

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FIGURA 5. VLVULA DE NGULO DE DOBLE ASIENTO.

Los tanques recibidores de refrigerante lquido tienen vlvulas instaladas, una sobre el tanque, despus del condensador (vlvula de entrada), y la otra se ubica sobre el recibidor, antes de la lnea de lquido (vlvula de salida). Estas dos vlvulas permiten al tcnico desconectar el tanque recibidor del sistema, cargar refrigerante en forma lquida, colectar todo el refrigerante del sistema en el recibidor, etc. Algunos recibidores estn equipados con una sola vlvula de servicio, la de la salida, con la entrada de una conexin directa al tanque.

1.13 Vlvula de acceso (de pivote)

Por lo general, los sistemas de refrigeracin con compresor hermtico no tienen vlvulas de servicio en el compresor. En su lugar, tienen un tubo de proceso o de servicio, al cual se le puede instalar una conexin o vlvula de acceso para operaciones de servicio. En algunos casos se retiran estas vlvulas cuando se ha completado el trabajo o servicio.

Las vlvulas de acceso en los sistemas hermticos tienen varios propsitos:

1. Para medir la presin interna del equipo. 2. Para cargar o retirar el refrigerante del sistema. 3. Para agregar aceite al compresor. 4. Para evacuar el sistema. 5. Cargar nitrgeno para probar fugas.

Otra forma de tener acceso a un sistema hermtico es mediante adaptadores al tubo de proceso y por medio de vlvulas perforadoras. Tambin pueden instalarse en el tubo de la succin o en el de descarga.

Las vlvulas de acceso atornilladas deben estar montadas en un tramo de tubo recto y redondo. Las vlvulas de acceso que por lo general se emplean en los sistemas de refrigeracin son las de pivote o vlvulas de ncleo. Este tipo de vlvulas son similares a las que se usan en las llantas de los automviles, como se muestra en la figura 6. Este tipo de vlvula facilita la

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revisin de la presin del sistema o la carga de refrigerante sin que haya problemas en la operacin de la unidad.

FIGURA 6. VLVULA DE ACCESO DE PIVOTE.

Es importante mencionar que cuando se vaya a soldar una vlvula de acceso al sistema, ya sea con bronce o soldadura de plata, se debe remover el ncleo para evitar que ste se dae por el calor. Este ncleo debe reponerse hasta que est fra la vlvula. Todos los tipos de vlvulas de acceso tienen tapn, el cual trae un anillo O de neopreno para sellar en caso de una fuga.

1.14 Control de capacidad en compresores utilizados en cmaras frigorficas de hasta 20 hp

En muchos sistemas, la carga de refrigeracin puede variar en un amplio margen. Esta variacin puede deberse a diferencias en la carga del producto, la temperatura ambiente, el uso, el empleo u otros factores. En tales casos, un control de capacidad del compresor es necesario para el funcionamiento adecuado del sistema.

Una forma sencilla de controlar la capacidad es arrancando y parando la operacin del compresor. Esta forma es aceptable con compresores pequeos, pero para grandes rara vez es satisfactoria, ya que se producen fluctuaciones en la temperatura controlada. En condiciones de carga ligera, el compresor puede ciclar en cortos intervalos. En aplicaciones de refrigeracin donde el escarchamiento no es problema, los usuarios con frecuencia ajustan el punto de corte por baja presin a un punto ms all de los lmites de diseo para evitar el corto ciclaje. Como resultado de este ajuste, el compresor opera por largos periodos con temperaturas de evaporacin extremadamente bajas, y puesto que la capacidad del compresor disminuye con rapidez debido a la reduccin de la presin de succin, la reducida densidad y velocidad del refrigerante frecuentemente son inadecuadas para regresar el aceite al compresor. La operacin de un sistema de bajas temperaturas para lo cual fue diseado puede tambin provocar el sobrecalentamiento del motocompresor. Estas dos condiciones pueden cuasar, fundamentalmente, daos y fallas del compresor.

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1.15. Vlvulas de control de capacidad internas

En la posicin de operacin normal, con la vlvula solenoide desenergizada, la aguja de la vlvula est asentada en el puerto ms bajo, mientras la cmara del tapn descargador est expuesta a la presin de succin por medio del puerto de presin de succin. Puesto que la cara del tapn est abierta a la cmara de succin, las presiones del gas que cruzan el tapn se igualan y el tapn se mantiene en posicin abierta debido al resorte.

Cuando la vlvula solenoide est energizada, la aguja de la vlvula est asentada en el puerto superior, y la cmara del tapn descargador est expuesta a la presin de descarga por medio del puerto de presin de descarga.

El diferencial entre presin de succin y descarga empuja el tapn hacia abajo, sellando el puerto de succin en el plato de vlvulas, lo que previene la entrada de vapor de succin al interior de los cilindros descargadores.

Con el puerto de succin sellado, el cilindro bombea dentro de un vaco hasta alcanzar un punto donde la accin de bombeo ya no ocurre.

1.16 Vlvulas de control de capacidad externas

Los compresores con control de capacidad externa tienen una vlvula desviadora colocada de tal manera que el cilindro descargador est aislado de la presin de descarga que crean los cilindros cargados. La vlvula desviadora conecta el puerto de descarga del cilindro descargador a la cmara de succin del compresor. Puesto que el cilindro y el pistn no hacen nada ms que bombear vapor a travs del circuito desviador, y manejan solamente vapor de succin, el problema de sobrecalentamiento del cilindro mientras descarga es prcticamente eliminado. Al mismo tiempo, el consumo de energa del motor se reduce en forma sustancial debido a la disminucin en el trabajo desarrollado.

Debido a la disminucin del volumen del vapor de succin que retorna al compresor desde el sistema y considerando que se emplea para el enfriamiento del motor, el rango de operacin de los compresores con descargadores debe restringirse. En general, los compresores con control de capacidad se recomiendan para aplicaciones de alta y media temperatura. Debido al peligro de sobrecalentamiento del motor del compresor en sistemas de baja temperatura, se recomienda el ciclaje del compresor o la desviacin de gas caliente.

1.17 Bypass de gas caliente

La variacin de capacidad del compresor por medio de la desviacin de gas caliente se recomienda en donde se use un compresor normal o donde el uso de descargadores es insatisfactorio. Este sistema es bsicamente una desviacin del gas de descarga del compresor para evitar que la presin de succin descienda por debajo del ajuste de diseo.

Todas las vlvulas desviadoras de gas caliente funcionan con un principio similar. Abren en respuesta a una disminucin en la presin del flujo y se modulan desde totalmente abiertas hasta totalmente cerradas para un rango dado. La entrada de gas caliente a alta presin en el lado de baja presin del sistema en una proporcin determinada protege al compresor de una disminucin en la presin de succin.

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El control de ajuste de la vlvula puede variarse en un rango amplio por medio de un tornillo de ajuste. Debido al bajo consumo de energa con bajas presiones de succin, la vlvula de gas caliente se ajustar para desviar al mnimo la presin de succin con el compresor operando en los lmites, lo cual resultar en un funcionamiento aceptable del sistema.

Si un sistema de refrigeracin es diseado e instalado de manera adecuada, las experiencias en el campo indican que el mantenimiento se reducir mucho si el compresor opera continuamente dentro las limitaciones de diseo del sistema como oposicin a los frecuentes ciclajes. Los problemas elctricos se reducen al mnimo, la lubricacin se mejora y se evita la migracin de refrigerante.

Por esta razn, en sistemas con evaporadores mltiples, donde la carga de refrigeracin es continua pero puede variar en un rango amplio de desviacin de gas caliente, es posible proporcionar no solamente un medio eficaz de controlar la capacidad, sino tambin puede promover una operacin ms satisfactoria y econmica.

1.18. Consumo de energa con bypass de gas caliente

Puesto que el consumo de energa y la capacidad de un compresor se reducen al disminuir la presin de succin, el sistema de control ser tal que permita alcanzar las mnimas presiones de succin para una operacin satisfactoria antes de que el gas caliente sea bypasseado. En donde se requieran reducciones mayores en la capacidad, la operacin econmica puede proporcionarse mediante el manejo de la carga con dos compresores. Uno puede operarse para una reduccin de energa y capacidad de 50%, mientras tanto la capacidad del compresor que permanece en la lnea se regula con el control de gas caliente.

Si verdaderamente no es necesaria la operacin contina del compresor con bypass de gas caliente, habr un alto consumo de energa del compresor para una carga dada. Casi siempre todos los servicios de electricidad calculan la demanda mensual de la carga basndose en la carga mxima. Puesto que la demanda de carga mxima del motor ocurre cuando la corriente a rotor bloqueado es tomada en el arranque, la carga que demanda el servicio de electricidad puede reflejarse en los requerimientos de arranque del motor ms que la carga debida al trabajo. Con la operacin continua, una vez que los motores estn en la lnea, la carga mxima de arranque puede eliminarse, y la reduccin en la demanda de carga puede compensar el consumo de energa incrementado en el trabajo.

2. Condensadores utilizados en cmaras frigorficas

El condensador se ubica del lado de la descarga del compresor. El vapor del refrigerante caliente entra al condensador proveniente del compresor y sale del condensador como refrigerante lquido saturado.

La funcin del condensador es transferir el calor que ha absorbido el sistema hacia el aire o agua En un condensador enfriado por aire, el aire externo que pasa sobre la superficie del condensador disipa este calor hacia la atmsfera. Si se utiliza un condensador enfriado por agua, sta ser enviada a una torre de enfriamiento donde el calor ser transferido a la atmsfera por evaporacin. Se utilizan tres tipos de condensadores en los cuartos fros:

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1. Enfriados por aire. 2. Enfriados por agua. 3. Evaporativos, que son una combinacin de los dos anteriores.

Realmente, un condensador es una aplicacin muy til de un intercambiador de calor. El calor tomado de diversas fuentes dentro del sistema se expulsa mediante el condensador. Los intercambiadores de calor se fabrican de metal para permitir una transferencia de calor rpida y eficiente. El vapor caliente del refrigerante est en contacto con un lado de la superficie del intercambiador de calor, y el medio de transferencia, como por ejemplo el aire o el agua, del otro lado.

El uso de un condensador enfriado por aire es normalmente la disposicin ms sencilla, en particular si se localiza fuera del sistema o de la unidad. Aunque el condensador enfriado por agua es ms eficiente, su instalacin es ms costosa. Los condensadores evaporativos se utilizan sobre todo en aplicaciones industriales, y en pocas ocasiones en cmaras frigorficas menores a 20 hp.

2.1 Condensadores enfriados por aire

El condensador ms comn es el tubo con aletas en su exterior, las cuales disipan el calor hacia el aire ambiente. La transferencia de calor se lleva acabo de modo eficaz forzando grandes cantidades de aire a travs del condensador.

Los condensadores enfriados por aire son fciles de instalar, baratos de mantener, no requieren agua y no tienen peligro de congelarse en tiempo de fro. Sin embargo, es necesario un suministro adecuado de aire fresco y el ventilador puede crear problemas de ruido en grandes instalaciones. En regiones muy clidas, la temperatura relativamente elevada del aire ambiente tal vez produzca presiones de condensacin elevadas; sin embargo, si la superficie del condensador es adecuada puede utilizarse satisfactoriamente en toda clase de climas. Estos condensadores han sido utilizados en cuartos fros con gran xito durante muchos aos en reas clidas y secas en donde el agua escasea. Y dado el incremento en la escasez de agua en reas densamente habitadas, el empleo de los condensadores enfriados por aire aumentar sin duda en el futuro.

2.2 Condensadores enfriados por agua

Cuando se dispone de agua de condensacin adecuada a bajo costo, son preferibles los condensadores enfriados por agua dado que tienen presiones de condensacin ms bajas y es posible controlar mejor la presin de descarga. El agua, en especial de manantiales, es generalmente mucho ms fra que la temperatura del aire durante el da. Si se utilizan torres de enfriamiento, la temperatura del agua de condensacin puede bajarse hasta un punto muy cercano a la temperatura ambiente del bulbo hmedo. Esto permite la continua recirculacin del agua de condensacin y reduce el consumo de sta al mnimo.

Los condensadores enfriados por agua pueden ser muy compactos por las excelentes caractersticas de transferencia del calor que posee el agua. Se utilizan diversos tipos de construccin, incluyendo el de casco y serpentn, casco y tubo, y tubo dentro de otro tubo. Normalmente, el agua de enfriamiento se desplaza a travs de tuberas o serpentines en el interior de una carcasa sellada en la que se descarga el gas caliente procedente del compresor.

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Los condensadores enfriados por agua de casco y tubo se utilizan en los sistemas de refrigeracin de las embarcaciones camaroneras.

2.3 Condensadores evaporativos

Los condensadores evaporativos se utilizan cuando se desean temperaturas de condensacin inferiores a las que se obtienen con condensadores enfriados por aire y en donde el suministro de agua es inadecuado para una intensa utilizacin.

El vapor de refrigerante caliente fluye a travs de tuberas dentro de una cmara con rociadores de agua, ah se enfra mediante la evaporacin del agua que entra en contacto con los tubos refrigerantes.

El agua expuesta al flujo del aire en una cmara con rociadores se evaporar rpidamente. El calor latente requerido para el proceso de evaporacin se obtiene mediante una reduccin en el calor sensible y, por consiguiente, mediante una reduccin de la temperatura del agua. Una cmara de evaporacin con rociadores puede reducir la temperatura del agua a un punto que se aproxima a la temperatura del bulbo hmedo del aire.

Puesto que el enfriamiento se realiza mediante la evaporacin de agua, el consumo de sta es nicamente una fraccin de la que se utiliza en sistemas de enfriamiento en los que despus de utilizarla se descarga a un drenaje. Por tanto, los condensadores evaporativos se emplean mucho en regiones ridas y calientes del mundo.

La corrosin, incrustacin y el peligro de congelacin son problemas que deben resolverse, tanto en los condensadores evaporativos como en los enfriados por agua. En las torres de enfriamiento y en los condensadores evaporativos debe instalarse un sistema de drenaje continuo para evitar la concentracin de contaminantes en el agua de enfriamiento.

2.4 Temperatura de condensacin

La temperatura de condensacin es la temperatura a la que el gas refrigerante se condensa para convertirse de vapor a lquido; no deber confundirse con la temperatura del medio de enfriamiento, puesto que la de condensacin siempre deber ser superior para que pueda producirse la transferencia de calor.

Para la condensacin del vapor refrigerante que fluye en el condensador, el calor debe salir de ste en la misma proporcin en la que entra con el gas refrigerante. El nico modo de aumentar la capacidad del condensador, con una serie de condiciones previamente establecidas, consiste en aumentar la diferencia de temperatura a travs de sus paredes.

Considerando que un compresor reciprocante es una mquina de desplazamiento positivo, la presin en el condensador continuar aumentando hasta que la diferencia de temperatura entre el medio de enfriamiento y la temperatura de condensacin del refrigerante sea lo suficientemente elevada para que se produzca la transferencia de calor. Con un condensador grande esta diferencia de temperatura puede ser muy pequea. Con un condensador pequeo, o en caso de que el flujo de aire o agua del condensador haya sido bloqueado, la diferencia de temperatura ser muy elevada. Esto puede producir altas presiones peligrosas, por lo que es

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vital que el condensador trabaje adecuadamente siempre que est en funcionamiento una unidad de refrigeracin.

La temperatura de condensacin y, por consiguiente, la presin de condensacin las determina la capacidad del condensador, la temperatura del medio de enfriamiento y el contenido de calor del gas refrigerante descargado del compresor, que a su vez es determinado por el volumen, densidad y temperatura del gas descargado.

2.5 Gases no condensables

El aire se compone bsicamente de nitrgeno y oxgeno; ambos elementos permanecen en forma gaseosa a todas las temperaturas y presiones que pueden encontrarse en los sistemas de refrigeracin. Por consiguiente, aunque estos gases pueden licuarse a presiones extremadamente altas y a temperaturas muy bajas, pueden considerarse como no condensables en un sistema de refrigeracin.

Los cientficos han descubierto que una de las leyes bsicas de la naturaleza es que en una combinacin de gases cada uno ejerce su propia presin, independientemente de los dems, y que la totalidad de la presin existente en un sistema es la suma de todas las presiones de los gases presentes. Una segunda caracterstica bsica del gas consiste en que si el espacio en que ste se aloja permanece constante, de forma que no puede expandirse, su presin variar directamente con la temperatura. Por consiguiente, si el aire se encierra hermticamente en un sistema con refrigerante, el nitrgeno y el oxgeno aadirn su presin a la presin del sistema y sta aumentar a medida que se eleve la temperatura. Puesto que el aire no es condensable, normalmente quedar atrapado en la parte superior del condensador y del recipiente. Durante el funcionamiento la presin de descarga del compresor ser una combinacin de la presin de condensacin del refrigerante, ms la presin que ejercen el nitrgeno y el oxgeno. La presin que sobrepasa la presin normal de condensacin depender de la cantidad de aire atrapado, pudiendo alcanzar fcilmente de 2.8 a 3.5 kg/cm2 (40 a 50 lb/plg2) o ms. Siempre que un sistema est funcionando con una presin de descarga elevada y anormal, lo primero que debe buscarse es aire en el sistema.

2.6. Diferencia de temperatura de condensacin

Un condensador se elige normalmente para un sistema calculando que disipe la carga del compresor a una diferencia de temperatura deseada entre la temperatura de condensacin y la temperatura supuesta del medio de enfriamiento. La mayora de los condensadores enfriados por aire se elige para funcionar a una diferencia de temperatura (comnmente llamada DT) de 11 a 17 C (20 a 30 F, en condiciones normales de diseo; sin embargo, se emplean diferencias de temperaturas (DT) superiores e inferiores en ciertas ocasiones para aplicaciones especiales.

La diferencia de temperatura con presiones de succin elevadas puede ser de 17 a 22 C (30 a 40 F), mientras que a temperaturas de evaporacin bajas la diferencia de temperatura no es superior de 2 a 6 C (4 a 10 F). La temperatura de condensacin de las unidades enfriadas por agua la determina la temperatura del suministro de agua y por el flujo de agua disponible, pudiendo variar de 32 a 49 C (90 a 120 F).

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Dado la capacidad del condensador, ste debe ser mayor que la capacidad del evaporador. Debido al calor de compresin y la prdida de eficiencia del motor del compresor, el fabricante los clasifica con respecto a la capacidad del evaporador o recomienda un factor que permita, con respecto al calor de compresin, seleccionar al tamao del condensador apropiado.

3. Control de flujo utilizado en cmaras frigorficas de hasta 20 hp

El control de flujo con mayor aplicacin en la actualidad en cuartos fro de hasta 20 hp es la vlvula de expansin termosttica.

Debido a su capacidad para controlar el refrigerante y a su adaptabilidad a las muchas y variadas aplicaciones del ciclo de refrigeracin, la vlvula de expansin termosttica ha jugado un papel importante en el continuo progreso de la industria de refrigeracin y su tecnologa.

Como muchos otros componentes del sistema, el desarrollo de la vlvula de expansin termosttica ha sido resultado de la evolucin tcnica. La vlvula de expansin termosttica, o vlvula de termoexpansin, es un dispositivo de medicin diseado para regular el flujo de refrigerante lquido hacia el evaporador, en la misma proporcin en que el refrigerante lquido dentro del evaporador se va evaporando. Esto lo logra manteniendo un sobrecalentamiento predeterminado a la salida del evaporador (lnea de succin), lo que asegura que todo el refrigerante lquido se evapore dentro del evaporador, y que solamente regrese al compresor refrigerante en estado gaseoso. La cantidad de gas refrigerante que sale del evaporador puede regularse, puesto que la termovlvula responde a:

1. La temperatura del gas que sale del evaporador. 2. La presin del evaporador.

En conclusin, las principales funciones de una vlvula de termoexpansin son: reducir la presin y la temperatura del lquido refrigerante, alimentar lquido a baja presin hacia el evaporador, segn la demanda de la carga, y mantener un sobrecalentamiento constante a la salida del evaporador.

Debido a que en el nombre dado a este dispositivo se incluye la palabra termo, se tiene la falsa idea de que se utiliza para controlar directamente la temperatura, y muchos tcnicos intentan errneamente controlar la temperatura del refrigerador moviendo el ajuste de la vlvula.

3.1 Principios del sobrecalentamiento

Para cualquier otro fluido diferente al agua el comportamiento es similar, slo que los cambios se llevan a cabo en un rango de temperaturas distinto. En la figura 7 se muestran los cambios que se llevan a cabo cuando se aplica calor al refrigerante 12. Como ya sabemos, la temperatura de ebullicin del R-12, a la presin atmosfrica, es de 30 C. De manera similar que al agua, cuando todo el lquido se ha evaporado, cualquier cantidad de calor adicional aumentar la temperatura del vapor por arriba de la de saturacin, sobrecalentndolo.

Como podemos ver en la figura 7, para aumentar la temperatura de un kilogramo de R-12 lquido desde 40 hasta 30 C, su temperatura de e bullicin, se requieren aproximadamente 3.9 kilocaloras. Para evaporar todo el kilogramo de R-12 se requerirn 39.4 kilocaloras ms, lo que sera el calor latente de evaporacin. Si el vapor formado se sigue calentando, el calor

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agregado sera calor sensible y slo servira para sobrecalentar el vapor. As, si se eleva la temperatura del vapor hasta 25 C, tendr un sobre calentamiento de (30)(25), es decir, 5 C.

En conclusin, el sobrecalentamiento no es solamente una temperatura, es una diferencia de temperaturas. Su valor es igual a los grados de temperatura que el vapor tiene por arriba de la temperatura de saturacin.

FIGURA 7. REFRIGERANTE 12 A LA PRESIN ATMOSFRICA.

En la prctica real, los refrigerantes no se trabajan a la presin atmosfrica, por lo que el ejemplo anterior slo ilustra el principio del sobrecalentamiento. Tambin es preciso recordar que las relaciones entre la presin y la temperatura para un lquido son directamente proporcionales; es decir, al aumentar la presin aumenta la temperatura y viceversa. Al reducir la presin de un lquido disminuye su punto de ebullicin, y para evaporarlo, se requiere ms calor. Por el contrario, cuando se aumenta la presin sobre el lquido, aumenta su temperatura de ebullicin. En cada uno de estos puntos, tanto el lquido como el vapor, estn en una condicin de saturacin.

3.2 Efectos del sobrecalentamiento en un sistema de refrigeracin simple

Una vez definido el principio bsico del sobrecalentamiento, lo que sigue es aplicarlo a un sistema de refrigeracin simple, consistente de un compresor, un condensador, un tanque recibidor, un evaporador de expansin directa y el ms simple de los dispositivos de control: una vlvula de expansin manual.

Para explicar el funcionamiento de la vlvula de expansin utilizaremos un sistema de refrigeracin con R-134. Si al inicio de la operacin se abre ligeramente la vlvula de expansin manual, alimentar al evaporador una pequea cantidad de refrigerante lquido a baja presin y a baja temperatura, como se muestra en la figura 8. Como la temperatura del aire que pasa a travs del serpentn es ms alta que la del refrigerante, este calor causar que primero se caliente y luego se evapore. Como es poco el lquido que est entrando al

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evaporador, rpidamente se evaporar todo muy cerca de la entrada (punto A). Si la presin dentro del evaporador es de 18 psig (1.26 kg/cm2), la temperatura de ebullicin (saturacin) correspondiente a esta presin ser de 7 C.

Una vez en forma de vapor, el refrigerante seguir su recorrido por el evaporador recogiendo calor sensible, el cual le aumentar su temperatura y lo sobrecalentar. En el punto B se supone que su temperatura es de 1 C, por lo tanto , su sobrecalentamiento es de 6 C. A la salida del evaporador (punto C), la temperatura del gas de succin es de 10 C, por lo que el sobrecalentamiento ser la diferencia entre esta temperatura y la de saturacin, correspondiente a 18 psig; es decir, 10 (7) = 17 C.

Hasta aqu se pueden observar dos caractersticas: el sobrecalentamiento es muy alto, ya que para un sistema de este tipo lo normal sera de 5 o 6 C. Por otro lado, no se est aprovechando al mximo la superficie del evaporador para recoger calor latente, debido a que el refrigerante se evapora casi en la entrada y recorre la mayor parte en forma de vapor, recogiendo calor sensible. Por lo tanto, es necesario alimentar una mayor cantidad de lquido.

Para esto es necesario abrir un poco ms la vlvula de expansin manual. Al entrar ms lquido al evaporador, aumentar la presin de succin de 18 a 21 psig, ya que aumenta la carga en el compresor, y por lo tanto, se eleva la temperatura de saturacin, como se muestra en la figura 9. Si el aumento del flujo de lquido es tal que se evapora todo en el punto B, el vapor formado recorre menos distancia dentro del evaporador y su sobrecalentamiento ser menor. Si la temperatura del gas de succin en el punto C es de 5 C, el sobrecalentamiento ser de (5) (5) = 10 C, el cual todava es alto.

FIGURA 8. SISTEMA DE REFRIGERACIN CON ALTO SOBRECALENTAMIENTO.

Si nuevamente abrimos la vlvula de expansin manual, pero esta vez lo suficiente para que el evaporador se llene de lquido, como se muestra en la figura 10, se presentarn las siguientes condiciones: aumentan la presin y la temperatura, se reduce la capacidad del compresor, se desperdicia refrigerante y no hay sobrecalentamiento, ya que el refrigerante sale a la misma temperatura que entra. Pero lo ms preocupante es la probabilidad de un dao al compresor, debido al regreso de refrigerante lquido.

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FIGURA 9. AUMENTAR EL FLUJO REDUCE EL SOBRECALENTAMIENTO.

Por todo lo anterior, se concluye que la condicin ms adecuada en que debe funcionar un evaporador es que se evapore totalmente el refrigerante un poco antes de salir de ste. De esta manera, se aprovechar al mximo la superficie de transmisin de calor latente, y se asegurar que al compresor le llegue nicamente vapor sobrecalentado. En la figura 11 se muestra esta condicin, donde se puede apreciar que el sobrecalentamiento es de 5 C, lo que es un valor aceptable.

FIGURA 10. DEMASIADO FLUJO PROVOCA REGRESO DE LQUIDO AL COMPRESOR.

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Antiguamente, cuando la vlvula de expansin manual era el nico dispositivo de control disponible, era muy complicado y tedioso mantener esta condicin en el evaporador, debido a las variaciones en la carga trmica. Un operador deba estar casi permanentemente abriendo o cerrando la vlvula para mantener el sobrecalentamiento adecuado. En la actualidad, con la vlvula de termoexpansin se logra una condicin muy aproximada a la ideal, ya que regula de manera automtica la alimentacin de refrigerante al evaporador, manteniendo un sobrecalentamiento casi constante en la salida.

FIGURA 11. UN FLUJO ADECUADO DA UN SOBRECALENTAMIENTO CORRECTO.

Como se muestra en la figura 12, para que la VTE funcione adecuadamente el bulbo sensor deber instalarse en una posicin correcta en la lnea de succin, a la salida del evaporador.

FIGURA 12. VLVULA DE TERMOEXPANSIN INSTALADA A LA ENTRADA DEL EVAPORADOR.

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3.3 Partes principales

Las partes principales de una vlvula de termoexpansin son: el bulbo remoto, el diafragma, las varillas de empuje, el asiento, la aguja, el resorte, la gua del resorte y el vstago de ajuste. La figura 13, dibujo transversal de una VTE tpica, muestra la ubicacin de estas partes principales. El vstago de ajuste sirve para variar la presin del resorte. Si se gira en el sentido del reloj, aumenta la tensin del resorte y, por lo tanto, su presin; si se gira en el sentido contrario, disminuye la presin del resorte.

FIGURA 13. CORTE DE UNA VLVULA DE TERMOEXPANSIN TPICA Y SUS PARTES PRINCIPALES.

3.4 Principios de operacin

Observando detenidamente la figura 13 se ve que el bulbo remoto est conectado a la parte superior de la VTE mediante un tubo capilar. El bulbo se ubica en la lnea de succin, justo a la salida del evaporador. El bulbo y el capilar contienen un fluido (carga) que puede ser lquido o gaseoso, el cual siente la temperatura del gas de succin que pasa por este punto. En esta posicin, el bulbo y el fluido dentro de ste tienen aproximadamente la misma temperatura del gas de succin. Los cambios de temperatura causan que aumente o disminuya la presin del fluido dentro del bulbo.

Observando ahora la figura 14, la presin del bulbo se ejerce sobre la parte superior del diafragma; ste, a su vez, transmite ese movimiento a la parte superior del portaaguja mediante las varillas de empuje. Por otro lado, un resorte ejerce una fuerza en la parte inferior del portaaguja, la cual se opone a la del bulbo.

Una vez en operacin, el funcionamiento de la VTE es de la siguiente manera: cuando aumenta la presin del bulbo, el diafragma es empujado hacia abajo, las varillas de empuje empujan el

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portaaguja, vencen la fuerza del resorte y alejan la aguja del asiento, abriendo de esta manera la vlvula y permitiendo el paso de lquido hacia el evaporador. Cuando disminuye la presin del bulbo, la fuerza del resorte es mayor que la del bulbo y empuja el portaaguja acercando la aguja al asiento, con lo cual se cierra la vlvula y disminuye el flujo de lquido hacia el evaporador.

Por lo anterior, pudiera deducirse que en la operacin de una vlvula de termoexpansin actan dos presiones: la del bulbo oponindose a la del resorte. En realidad, en la operacin de una vlvula de termoexpansin intervienen tres presiones fundamentales: la presin del bulbo, la presin del resorte y la presin del evaporador. La figura 14 ilustra cmo actan estas tres presiones fundamentales. La presin del bulbo acta en la parte superior del diafragma y tiende a abrir la vlvula; la presin del resorte y la del evaporador actan en la parte inferior del diafragma y tienden a cerrar la vlvula. Para que haya un equilibrio entre estas tres presiones, la presin del bulbo debe ser igual a la suma de las presiones del evaporador y del resorte.

Como se mencion lneas arriba, la carga del bulbo est a la misma temperatura que el gas de succin, y si ste est sobrecalentado, entonces la temperatura de la carga es mayor que la de saturacin; es decir, la temperatura de la carga del bulbo es la suma de la temperatura de saturacin ms la del sobrecalentamiento. De esta manera, la presin del bulbo (P1) es mayor que la del evaporador (P2). Si el sobrecalentamiento es lo suficientemente alto, la presin del bulbo superar a la del resorte (P3) y abrir la vlvula.

FIGURA 14. LAS TRES PRESIONES FUNDAMENTALES EN UNA VLVULA DE TERMOEXPANSIN.

Aqu podemos ver que la presin de saturacin aparece sobre el diafragma (en la presin del bulbo) y debajo de ste (presin del evaporador). Y puesto que estas presiones se oponen entre s y son equivalentes, se cancelan. Por lo tanto, es evidente que los dos factores que actan para regular la vlvula de termoexpansin son la presin del resorte y el sobrecalentamiento. Estos dos factores opuestos mantienen un delicado balance de presiones en ambos lados del diafragma, permitiendo que la vlvula opere con cargas ligeras, al igual que con cargas pesadas en el evaporador. En la prctica, la vlvula de termoexpansin es, en efecto, un regulador del sobrecalentamiento.

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Es muy frecuente or decir a los tcnicos abr o cerr la vlvula de expansin, refirindose a que movieron el vstago de ajuste. Como ya se mencion, al girar el vstago en el sentido del reloj aumenta la presin del resorte, venciendo a la del bulbo y la vlvula tiende a cerrar, por lo que se requiere ms sobrecalentamiento para aumentar la presin del bulbo y contrarrestar la del resorte, para que as abra la vlvula. Inversamente, cuando se gira el vstago en el sentido contrario del reloj, disminuye la presin del resorte, siendo superada por la del bulbo y la vlvula tiende a abrir, y para que cierre se requiere que disminuya el sobrecalentamiento.

Cuando aumenta la carga trmica en el evaporador el refrigerante alimentado por la vlvula es insuficiente y se sobrecalienta. Esto aumenta la presin del bulbo y hace que la vlvula abra ms, lo que permite que pase ms lquido. Por el contrario, si la carga trmica en el evaporador disminuye, el refrigerante que est alimentando la vlvula no se alcanza a evaporar y disminuye su sobrecalentamiento; en consecuencia, hace que reduzca la presin del bulbo, se cierre la vlvula y se reduzca el flujo de lquido. Es importante mencionar que al variar la carga trmica del evaporador tambin vara la presin dentro del mismo. Si aumenta la carga, disminuye la presin, y si disminuye la carga, se reduce la presin.

La figura 15 muestra un ejemplo muy representativo de las condiciones de un sistema con R-134A. El resorte de la vlvula de termoexpansin ha sido ajustado de fbrica a una presin de 11 psig (libras por pulgada cuadrada manomtricas) y la presin del evaporador es de 34 psig. La suma de estas dos presiones ejerce una fuerza de 45 psig, la cual tiende a cerrar la vlvula. Si el bulbo est cargado con el mismo refrigerante del sistema, para que las presiones en ambos lados del diafragma se equilibren, se requerir una presin de 45 psig en el bulbo. Para que ste tenga una presin de 45 psig debe estar a una temperatura de 10 C, si la temperatura de saturacin del refrigerante en el evaporador es de 4 C, es necesario tener un sobrecalentamiento de 6 C.

Al arrancar el compresor despus de un periodo prolongado de inactividad, disminuye rpidamente la presin del evaporador y la presin del bulbo es mayor que la del resorte, la vlvula abre y permite el paso de refrigerante lquido al evaporador. Si todo este lquido se evapora y se sobrecalienta antes de salir del evaporador, aumenta la presin del bulbo y hace que la vlvula se mantenga abierta. El equipo seguir enfriando hasta que la temperatura del espacio refrigerado baje lo suficiente, disminuyendo la carga trmica y haciendo que el refrigerante lquido dentro del evaporador no alcance a evaporarse y llegue lquido hasta el punto donde se encuentra el bulbo. Al no haber sobrecalentamiento, la presin del bulbo disminuye y el resorte cierra la vlvula parcial o totalmente. As permanecer hasta que aumente el sobrecalentamiento de nuevo y la presin del bulbo abra la vlvula, lo que aumenta el flujo de refrigerante lquido hacia el evaporador.

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FIGURA 15. PRESIONES Y TEMPERATURAS TPICAS EN UN SISTEMA CON R-134A.

3.5 Cada de presin a travs del evaporador

Para simplificar la explicacin de los principios de operacin de las vlvulas de termoexpansin, hasta ahora hemos supuesto que no hay cada de presin a travs del evaporador; es decir, que la presin de evaporacin es constante y que es igual a la entrada y a la salida del evaporador. Sin embargo, con evaporadores grandes en la operacin real, existe una cada de presin a travs de stos, por lo que es un factor que debe considerarse, ya que es una de las presiones que actan por debajo del diafragma.

Si el evaporador del sistema es pequeo la cada de presin es nula o mnima, por lo que se ignora. En esta situacin, la presin empleada para que acte por debajo del diafragma es la de entrada, pues es la misma que la de salida. En evaporadores grandes s existe cada de presin. Esta cada de presin es medible y pueden causarla varios factores, como el dimetro y longitud de los tubos, el nmero de vueltas, las restricciones en los retornos, el nmero de circuitos, algunos tipos de distribuidores de refrigerante, la cantidad de flujo de refrigerante, la friccin, etc. Cuando la cada de presin alcanza proporciones problemticas, la presin que se debe de aplicar por debajo del diafragma es la ms baja; es decir, la de la salida del evaporador.

3.6 Igualador interno

Como se mencion, en sistemas pequeos donde no se considera cada de presin a travs del evaporador, la presin del evaporador que se usa para que acte debajo del diafragma es la de la entrada. Por esta razn, las vlvulas empleadas tienen maquinado un conducto interno que comunica el lado de baja presin de la vlvula con la parte inferior del diafragma. A este conducto se le conoce como igualador interno. En la figura 16 se muestra un dibujo de una vlvula con igualador interno. En algunos tipos de vlvulas, la presin del evaporador tambin se aplica bajo el diafragma, a travs de los conductos de las varillas de empuje, adems del igualador interno.

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FIGURA 16. VLVULA CON IGUALADOR INTERNO.

3.7 Igualador externo

Tal como se mencion antes, cuando existe cada de presin a travs del evaporador la presin que debe actuar bajo el diafragma es la de la salida del evaporador; por lo que una vlvula con igualador interno no operara satisfactoriamente, como se explicar ms adelante. Las vlvulas empleadas en estos casos tienen igualador externo. Como se puede apreciar en la figura 17, en este tipo de vlvulas el igualador no comunica al diafragma con la entrada del evaporador, sino que este conducto se saca del cuerpo de la vlvula mediante una conexin, la cual generalmente es de flare. Adems, es necesario colocar empaques alrededor de las varillas de empuje, para aislar completamente la parte inferior del diafragma de la presin a la entrada del evaporador. Una vez instalada la vlvula, esta conexin se comunica a la lnea de succin mediante un tubo capilar, para que la presin que acte debajo del diafragma sea la de la salida del evaporador.

Una cada de presin se traduce en una cada de temperatura. Si la primera provoca en el evaporador una cada de temperatura mayor de 2 C e n el rango de aire acondicionado, de 1 C en temperatura media y de 0.5 C en baja temperatur a cuando se est utilizando una vlvula con igualador interno, esto mantendr la vlvula en una posicin restringida y se reducir la capacidad del sistema. En estos casos se debe utilizar una vlvula con igualador externo.

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FIGURA 17. VLVULA DE TERMOEXPANSIN CON IGUALADOR EXTERNO.

El evaporador deber estar diseado o seleccionado de acuerdo con las condiciones de operacin; la vlvula de termoexpansin debe seleccionarse y aplicarse segn lo que se ha visto. Para explicar lo anterior, veamos qu sucede realmente en un evaporador alimentado por una vlvula de termoexpansin con igualador interno, donde existe una cada de presin medible de 10 psig, como se muestra en la figura 18. La presin en el punto C es 33 psig, o sea, 10 psi menos que en la salida de la vlvula, punto A; sin embargo, la presin de 43 psig en el punto A es la presin que est actuando en la parte inferior del diafragma en la direccin de cierre. Con el resorte de la vlvula ajustado a una compresin equivalente a un sobrecalentamiento de 6 C o a una presin de 10 ps ig, la presin requerida arriba del diafragma para igualar las fuerzas es de (43 + 10) o 53 psig. Esta presin corresponde a una temperatura de saturacin de 2 C. Es evidente que la temperatura del refrigerante en el punto C debe ser 2 C, si es que la vlvula ha de estar en equilibrio. Puesto que la presin en este punto es de slo 33 psig y la temperatura de saturacin correspondiente es de 12 C, se requiere un sobrecalentamiento de (2) (12), o sea, de 10 C para abrir la vlvula. Este alto sobrecalentamiento de 10 C, requerido para abrir l a vlvula, hace necesario utilizar ms superficie del evaporador para producir este gas refrigerante sobrecalentado. Por lo tanto, se reduce la cantidad de superficie del evaporador, disponible para la absorcin de calor latente de evaporacin del refrigerante; por lo tanto se produce una insuficiencia de refrigerante antes de alcanzar el sobrecalentamiento requerido.

Puesto que la cada de presin a travs del evaporador, que caus esta condicin de sobrecalentamiento elevado, aumenta con la carga debido a la friccin, este efecto de restriccin o insuficiencia aumenta cuando la demanda sobre la capacidad de la termovlvula es mayor.

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FIGURA 18. VLVULA DE TERMOEXPANSIN CON IGUALADOR INTERNO EN UN EVAPORADOR CON UNA CADA DE PRESIN DE 10 PSI. R-22.

3.8 Usos del igualador externo

Con el fin de compensar una cada de presin excesiva a travs del evaporador, la vlvula de termoexpansin tiene que ser del tipo con igualador externo, con la lnea del igualador conectada ya sea en el evaporador, en un punto ms all de la mayor cada de presin, o en la lnea de succin, junto al bulbo remoto del lado del compresor. En general, y como un mtodo prctico, la lnea del igualador deber conectarse a la lnea de succin a la salida del evaporador. Si se usa una vlvula de termoexpansin del tipo con igualador externo, con la lnea del igualador conectada a la lnea de succin, se ejercer la verdadera presin de la salida del evaporador debajo del diafragma de la termovlvula. Las presiones de operacin sobre el diafragma de la vlvula ahora estn libres de cualquier efecto de cada de presin a travs del evaporador, y la termovlvula responder al sobrecalentamiento del gas refrigerante que sale del evaporador.

Cuando existen las mismas condiciones de cada de presin en un sistema con una vlvula de termoexpansin, la cual tiene la caracterstica de igualador externo (vase figura 19), existe la misma cada de presin a travs del evaporador; sin embargo, la presin abajo del diafragma es ahora la misma que a la salida del evaporador, punto C, es decir, 33 psig. La presin requerida arriba del diafragma para el equilibrio es de 33 + 10, o sea, 43 psig. Esta presin de 43 psig corresponde a una temperatura de saturacin de 7 C, y el sobrecalentamiento requerido ahora es de (7) (12) = 5 C. El uso de un igual ador externo ha reducido el sobrecalentamiento de 10 a 5 C. Por lo tanto, la c apacidad de un sistema con un evaporador que presenta una cada de presin considerable se incrementar mediante una vlvula de termoexpansin con igualador externo, en comparacin con una vlvula igualada internamente.

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FIGURA 19. VLVULA DE TERMOEXPANSIN CON IGUALADOR EXTERNO EN EVAPORADOR CON UNA CADA DE PRESIN DE 10 PSI CON R-22.

Cuando la cada de presin a travs de un evaporador excede los lmites previamente definidos, o cuando se utiliza un distribuidor de refrigerante a la entrada del evaporador, la vlvula de termoexpansin deber tener la caracterstica con igualador externo para un mejor desempeo. Hasta este momento, los diagramas utilizados en esta seccin han mostrado la vlvula de termoexpansin del tipo de una sola salida. Aunque un evaporador de circuitos mltiples en s puede no tener una cada de presin excesiva, el dispositivo con que se obtiene la distribucin del lquido introducir una cada de presin que limitar la accin de la termovlvula sin igualador externo, ya que el distribuidor est instalado entre la salida de la vlvula y la entrada del evaporador (figura 20).

3.9 Aplicacin del igualador externo

La temperatura del evaporador y el refrigerante utilizado determinan el nivel de cada de presin, con el cual una vlvula con igualador interno puede funcionar sin problemas. Debido a que existe un desacuerdo general sobre este punto, las siguientes recomendaciones pueden usarse como una gua:

1. Se requiere una vlvula de termoexpansin con igualador externo cuando un evaporador est sujeto a una cada de presin mayor de 3 psi en aplicaciones de alta temperatura, 2 psi en aplicaciones de temperatura media, y 1 psi en aplicaciones de baja temperatura.

2. Cuando use un distribuidor de refrigerante, siempre utilice una vlvula con igualador externo. Dependiendo de la marca, tamao y nmero de salidas, la cada de presin a travs del distribuidor slo puede estar en el rango de 5 a 30 psi.

3. En general, se debe instalar una vlvula con igualador externo cuando la cada de presin entre la entrada del evaporador y la lnea de succin, donde est ubicado el bulbo, exceda los valores mximos mostrados en la tabla 1. En esta tabla se observa que al disminuir la temperatura de evaporacin tambin disminuye la mxima cada de presin que se tolera entre la salida de la vlvula y la ubicacin del bulbo, sin una

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prdida de capacidad seria para la vlvula con igualador interno. Por supuesto que existen aplicaciones que empleen satisfactoriamente el igualador interno cuando haya una cada de presin alta, pero esto tendra que verificarse mediante pruebas de laboratorio. Los requerimientos generales para la mayora de los sistemas instalados en el campo se cubren adecuadamente con las recomendaciones de la tabla 1.

FIGURA 20. VLVULA DE TERMOEXPANSIN CON DISTRIBUIDOR DE REFRIGERANTE USADO CON R-12.

3.10 Ubicacin del igualador externo

Como se mencion, la lnea del igualador externo deber instalarse en la lnea de succin, ms all del punto de mayor cada de presin. Puesto que puede ser difcil determinar este punto, como regla general es ms seguro conectar la lnea del igualador externo en la lnea de succin a la salida del evaporador, junto al bulbo remoto, del lado del compresor (vase las figuras 19 y 20). De esta forma, la temperatura del bulbo no resultar afectada por la pequea cantidad de refrigerante que pudiera presentarse en la lnea del igualador, en caso de una pequea fuga por el empaque de las varillas de empuje. Cuando se instala en este punto, se evitar cualquier efecto de cada de presin entre la salida de la vlvula y la lnea de succin. Cuando se conecte el igualador externo a una lnea de succin horizontal, siempre debe hacerse en la parte superior, as se evitar la acumulacin de aceite en la lnea del igualador.

TABLA 1. MXIMAS CADAS DE PRESIN PARA VLVULA DE TERMOEXPANSIN CON IGUALADOR INTERNO.

Cuando se sabe que la cada de presin a travs del evaporador est dentro de los lmites definidos en la tabla 1, se permite instalar la conexin del igualador externo en uno de los

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dobleces de retorno, a la mitad del evaporador. Esta ubicacin del igualador proporcionar un control ms suave de la vlvula, particularmente cuando la vlvula de termoexpansin se usa en conjunto con un regulador de presin del evaporador. Sin embargo, cuando se instale cualquier tipo de vlvula de control en la lnea de succin, la conexin del igualador externo nunca deber ubicarse despus de tal dispositivo, sino que deber conectarse del lado del evaporador de esa vlvula o control. Una conexin ubicada en forma incorrecta interferir seriamente con la operacin eficiente de la vlvula de termoexpansin.

Una vlvula con igualador externo no operar correctamente si no va conectada a la lnea del igualador. Cuando instale una vlvula con igualador externo conecte la lnea, nunca coloque un tapn en la conexin del igualador.

3.11 Ubicacin del bulbo remoto

Puesto que el funcionamiento del evaporador depende mucho del buen control de la vlvula de termoexpansin, y este buen control de la vlvula depende de la respuesta a los cambios de temperatura del gas que sale del evaporador, se debe tener mucho cuidado con los tipos de bulbos remotos y su colocacin. La buena retroalimentacin de la temperatura del gas de succin es vital para que la vlvula de termoexpansin mantenga ese control. La ubicacin del bulbo remoto es tan importante como la seleccin de la vlvula adecuada; de otra forma, afectar de manera adversa la operacin de la vlvula. Existen dos formas de instalar los bulbos remotos: mediante abrazaderas o en termopozos; la ms comn es la primera.

La lnea de succin debe limpiarse por completo antes de sujetar el bulbo en su lugar. Si la lnea de succin es de fierro se aconseja pintarla con pintura de aluminio, as se reduce cualquier corrosin futura o contacto deficiente con la lnea. En tuberas de succin menores de 7/8 de dimetro hay relativamente poca diferencia en donde montar el bulbo alrededor de la circunferencia, puesto que la temperatura en cualquier posicin es casi la misma. Generalmente, la posicin preferida en lneas pequeas es la parte superior, como se muestra en la figura 21; o sea, en el 12 del reloj. En lneas de succin de 7/8 a 1-5/8 de dimetro puede haber ocasionalmente alguna variacin en la temperatura alrededor de la circunferencia, por lo que con base en resultados experimentales el bulbo deber instalarse en la posicin cercana al 10 o al 2 del reloj, tal como se ilustra en la figura 22. En lneas de succin mayores de 2 de dimetro se recomienda instalar el bulbo en una posicin aproximada al 4 o al 8 del reloj, tal como se muestra en la figura 23.

FIGURA 21. UBICACIN DEL BULBO REMOTO EN LNEAS DE SUCCIN MENORES DE 7/8 DE DIMETRO.

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FIGURA 22. UBICACIN DEL BULBO REMOTO EN LNEAS DE SUCCIN DE 7/8 A 1-5/8 DE DIMETRO.

En realidad, ms importante que la ubicacin fsica del bulbo alrededor de la tubera es el contacto trmico entre el bulbo y la lnea de succin; as como el diseo de la tubera de succin. Asegrese de fijar bien las abrazaderas, de modo que el bulbo remoto haga buen contacto con la lnea de succin; no apriete en exceso para no daar el bulbo. Nunca se debe instalar el bulbo en la parte inferior de la lnea de succin; es decir, a las 6 en punto del reloj, porque en esta ubicacin puede sentir la temperatura del aceite, el cual fluye por el fondo de la lnea horizontal y su temperatura puede ser diferente a la del gas, lo que ocasionar que la vlvula opere errticamente. Si el bulbo se coloca fuera del espacio refrigerado se requiere proteccin adicional de la temperatura ambiente. Si es necesario proteger el bulbo remoto del efecto de una corriente de aire, despus de fijarlo con las abrazaderas en la lnea, utilice un material aislante que no absorba agua con temperaturas del evaporador arriba de 0 C. Para temperaturas menores de 0 C se sugiere emplear cor cho o algn material similar sellante contra la humedad, as se evitar la acumulacin del hielo en la ubicacin del bulbo. No se recomienda el uso de fieltro. Si el bulbo se ubicar bajo el nivel de agua o salmuera en un serpentn sumergido, utilice un material a prueba de agua que no requiera calentarse arriba de 50 C al aplicarlo, ya que as se protegern el bul bo remoto y el tubo del bulbo. Nunca aplique calor cerca de la ubicacin del bulbo sin antes retirarlo.

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FIGURA 23. UBICACIN DEL BULBO REMOTO EN LNEAS DE SUCCIN MAYORES DE 2 DE DIMETRO.

3.12 Fluctuacin (oscilacin o cicleo)

En muchas instalaciones existe la posibilidad de que se presente una condicin llamada fluctuacin, que es una variacin continua en la cantidad de refrigerante alimentado por la vlvula. Primero no alimenta suficiente, y despus, demasiado.

Cuando existen un solo compresor y un solo evaporador en el sistema, la fluctuacin provoca una variacin en la presin de succin y en el sobrecalentamiento. En un sistema con un solo compresor y varios evaporadores puede presentarse una fluctuacin, que se detecta a travs de la variacin en la temperatura del bulbo, si el compresor tiene control de capacidad. Normalmente, slo hay un ligero cambio en la presin de succin o ninguno.

La fluctuacin puede resultar de uno o varios factores relacionados con el diseo del sistema, la instalacin o el equipo. Algunas de las causas capaces de inducir una condicin de fluctuacin son: grandes variaciones en la presin de descarga, cambios rpidos en la carga del evaporador, humedad o ceras suficientes para tapar la vlvula o una deficiente distribucin de refrigerante.

Una razn para que se presente una fluctuacin, y quizs la ms importante, es que todos los evaporadores tienen un tiempo de retardo. El diseo bsico del serpentn hace que algunos evaporadores sean ms susceptibles que otros a este problema. Algunos evaporadores tienen un trayecto muy corto y el refrigerante fluye a travs de ellos en unos cuantos segundos. Otros tienen una trayectoria muy larga, por lo que se requieren varios minutos para que el refrigerante fluya a travs de ellos. Durante este intervalo, la vlvula de termoexpansin tericamente est fuera de control, porque est alimentando en la entrada del evaporador, pero controlando la temperatura del bulbo a la salida. Es casi como decir que est tratando de controlar algo que ya ha sucedido (figura 24).

Desafortunadamente, se ha vuelto una prctica comn decir que la vlvula de termoexpansin es la que flucta u oscila. Deberamos decir que es el sistema el que est fluctuando y oscilando, puesto que la causa no es la vlvula de termoexpansin sola, sino una combinacin de muchos factores en el sistema.

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FIGURA 24. UNA DE LAS CAUSAS MS COMUNES DE LA FLUCTUACIN: EL TIEMPO DE RETARDO.

Con la fluctuacin, cada vez que la vlvula abre, baja el sobrecalentamiento, aumenta el flujo en la succin y se puede regresar lquido al compresor. Cuando la vlvula modula y cierra aumenta el sobrecalentamiento, baja la presin de succin y no se alimenta suficiente refrigerante al evaporador. Es obvio que la fluctuacin continua en la presin de succin reduce la eficiencia del sistema.

En la magnitud de la fluctuacin influyen los siguientes factores:

1. Longitud y dimetro de los circuitos. 2. Carga por circuito. 3. Velocidad del refrigerante. 4. Distribucin de aire sobre el evaporador. 5. Ubicacin de la vlvula y el bulbo. 6. Capacidad de la vlvula vs. la carga. 7. El tipo de carga del elemento de poder.

La fluctuacin u oscilacin puede eliminarse o reducirse si se toman las siguientes precauciones:

1. Disee o seleccione el evaporador con un paso de refrigerante tan corto como sea posible, consistente con buena transferencia de calor.

2. Seleccione la ubicacin de la vlvula y el bulbo que sean ms favorables. 3. Seleccione las vlvulas que tengan la capacidad ms favorable en relacin con la carga. 4. Seleccione la carga adecuada del elemento de poder.

3.13 Ejemplos de cmo medir el sobrecalentamiento

Enseguida veremos un ejemplo de cada uno de los mtodos que se han descrito acerca de la medicin del sobrecalentamiento.

Ejemplo 1. Cuando la vlvula cuenta con igualador externo en un sistema con R-22.

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Refirindonos a la figura 25, primero determinamos la temperatura del vapor sobrecalentado a la salida del evaporador, justo en el sitio donde se ubica el bulbo. Para hacerlo se necesita primero limpiar el rea del tubo de succin donde se har la medicin, y fijar el termopar con cinta aislante. Digamos que la temperatura obtenida sea de 11 C.

Enseguida se determina la presin de succin con un manmetro calibrado. ste se conecta a una T, previamente instalada en la lnea del igualador externo. Dependiendo de la facilidad de acceso que se tenga, la conexin T puede instalarse en cualquiera de los dos extremos de la lnea del igualador, como se muestra en la figura 25. Tambin se puede hacer una desviacin utilizando las mangueras del mltiple de servicio. Supongamos que la presin leda sea de 70 psig. De la tabla de presin-temperatura, se determina la temperatura de saturacin para el R-22 correspondiente a la presin leda, que en este caso es de 5 C.

El sobrecalentamiento ser el valor que resulte de restar la temperatura de saturacin (5 C) de la temperatura sensible medida en el primer paso (11 C); es decir:

Sobrecalentamiento = 11 C 5 C = 6 C.

FIGURA 25. EJEMPLO DE MEDICIN DEL SOBRECALENTAMIENTO PARA UNA VLVULA CON IGUALADOR EXTERNO Y R-22.

Ejemplo 2. Cuando la vlvula no cuenta con igualador externo, en un sistema con R-134A.

Refirindonos a la figura 26, el mtodo alterno para determinar el sobrecalentamiento, cuando la vlvula no cuenta con igualador externo, o en instalaciones estrechamente unidas, es el siguiente: primero, determinamos la temperatura del vapor sobrecalentado a la salida del evaporador, de la misma manera que el ejemplo anterior. Digamos que la temperatura es de 2 C.

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FIGURA 26. MEDICIN DEL SOBRECALENTAMIENTO EN UNA VLVULA SIN IGUALADOR EXTERNO Y R-134A.

Medimos la presin de succin con un manmetro calibrado, directamente en la vlvula de servicio de succin del compresor; en este caso, la presin es de 22 psig. Enseguida, estimamos la prdida de presin por conexiones y accesorios en la lnea de succin. Para nuestro ejemplo, consideramos esta cada de presin de 2 psi. Sumamos este valor a la presin obtenida en la vlvula de servicio del compresor para obtener la presin de succin a la salida del evaporador, que es la que necesitamos:

Presin de succin = 22 psig + 2.0 psi = 24 psig.

De la tabla de presin-temperatura para R-134A determinamos la temperatura de saturacin correspondiente a esta presin, que para este ejemplo es de 3 C.

Nuevamente, el sobrecalentamiento ser el valor que resulte de restar la temperatura de saturacin (3 C) a la temperatura sensible medida en el primer paso (2 C); es decir:

Sobrecalentamiento = 2 C (3) C = 5 C.

Como regla general, el sobrecalentamiento a la salida del evaporador, independientemente del refrigerante que se est utilizando, deber ubicarse cerca de los siguientes valores:

1. Alta temp. (temp. evap. 0 C o mayor) entre 6 y 7 C. 2. Temp. media (temp. evap. 18 a 0C) entre 3 y 6 C. 3. Baja temp. (temp. evap. Un solo 18 C) entre 1 y 3 C.

4. Evaporadores utilizados en cmaras frigorficas de hasta 20 hp

El evaporador es la parte del lado de baja presin del sistema de refrigeracin en la que el refrigerante lquido hierve o se evapora, absorbiendo el calor a medida que se convierte en vapor