Como funciona un Aire Acondicionado (Clima).

El acondicionador de aire o clima toma aire del interior de una recamara pasando por tubos que están a baja temperatura estos están enfriados por medio de un liquido que a su vez se enfría por medio del condensador, parte del aire se devuelve a una temperatura menor y parte sale expulsada por el panel trasero del aparato, el termómetro esta en el panel frontal para que cuando pase el aire calcule al temperatura a la que esta el ambiente dentro de la recamara, y así regulando que tan frío y que tanto debe trabajar el compresor y el condensador.  

Componentes esenciales de un clima:

Abanico. Compresor. Termómetro. Líquido enfriador. Panel o condensador.  

REFRIGERACION 

CONCEPTOS:

CONCEPTO #1

1. Refrigeración, proceso por el que se reduce la temperatura de un espacio determinado y se mantiene esta temperatura baja con el fin, por ejemplo, de enfriar alimentos, conservar determinadas sustancias o conseguir un ambiente agradable. El almacenamiento refrigerado de alimentos perecederos, pieles, productos farmacéuticos y otros se conoce como almacenamiento en frío. La refrigeración evita el crecimiento de bacterias e impide algunas reacciones químicas no deseadas que pueden tener lugar a temperatura ambiente. El uso de hielo de origen natural o artificial como refrigerante estaba muy extendido hasta poco antes de la I Guerra Mundial, cuando aparecieron los refrigeradores mecánicos y eléctricos. La eficacia del hielo como refrigerante es debida a que tiene una temperatura de fusión de 0 °C y para fundirse tiene que absorber una cantidad de calor equivalente a 333,1 kJ/kg. La presencia de una sal en el hielo reduce en varios grados el punto de fusión del mismo. Los alimentos que se mantienen a esta temperatura o ligeramente por encima de ella pueden conservarse durante más tiempo. El dióxido de carbono sólido, conocido como hielo seco o nieve carbónica, también se usa como refrigerante.  

 

PRINCIPIOS BASICOS DE REFRIGERACION

 

TERMODINAMICA La Termodinámica es una rama de la ciencia que trata sobre la acción mecánica del calor. Hay ciertos principios fundamentales de la naturaleza, llamados Leyes Termodinámicas, que rigen nuestra existencia aquí en la tierra, varios de los cuales son básicos para el estudio de la refrigeración. La primera y la más importante de estas leyes dice: La energía no puede ser creada ni destruida, sólo puede transformarse de un tipo de energía en otro.

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CALOR El calor es una forma de energía, creada principalmente por la transformación de otros tipos de energía en energía de calor; por ejemplo, la energía mecánica que opera una rueda causa fricción y crea calor. Calor es frecuentemente definido como energía en tránsito, porque nunca se mantiene estática, ya que siempre está transmitiéndose de los cuerpos cálidos a los cuerpos fríos. La mayor parte del calor en la tierra se deriva de las radiaciones del sol. Una cuchara sumergida en agua helada pierde su calor y se enfría; una cuchara sumergida en café caliente absorbe el calor del café y se calienta. Sin embargo, las palabras "más caliente" y "más frío", son sólo términos comparativos. Existe calor a cualquier temperatura arriba de cero absoluto, incluso en cantidades extremadamente pequeñas. Cero absoluto es el término usado por los científicos para describir la temperatura más baja que teóricamente es posible lograr, en la cual no existe calor, y que es de -2730C, o sea -4600F. La temperatura más fría que podemos sentir en la tierra es mucho más alta en comparación con esta base.

TRANSMISION DE CALOR: La segunda ley importante de la termodinámica es aquella según la cual el calor siempre viaja del cuerpo más cálido al cuerpo más frío. El grado de transmisión es directamente proporcional a la diferencia de temperatura entre ambos cuerpos.

El calor puede viajar en tres diferentes formas: Radiación, Conducción y Convección. Radiación es la transmisión de calor por ondas similares a las ondas de luz y a las ondas de radio; un ejemplo de radiación es la transmisión de energía solar a la tierra.

Una persona puede sentir el impacto de las ondas de calor, moviéndose de la sombra a la luz del sol, aun cuando la temperatura del aire a su alrededor sea idéntica en ambos lugares. Hay poca radiación a bajas temperaturas, también cuando la diferencia de temperaturas entre los cuerpos es pequeña, por lo tanto, la radiación tiene poca importancia en el proceso de refrigeración.

Sin embargo, la radiación al espacio o al de un producto refrigerado por agentes exteriores, particularmente el sol, puede ser un factor importante en la carga de refrigeración. Conducción es el flujo de calor a través de una sustancia. Para que haya transmisión de calor entre dos cuerpos en esta forma, se requiere contacto físico real. La Conducción es una forma de transmisión de calor sumamente eficiente.

Cualquier mecánico que ha tocado una pieza de metal caliente puede atestiguarlo. Convección es el flujo de calor por medio de un fluido, que puede ser un gas o un líquido, generalmente agua o aire. El aire puede ser calentado en un horno y después descargado en el cuarto donde se encuentran los objetos que deben ser calentados por convección.

La aplicación típica de refrigeración es una combinación de los tres procesos citados anteriormente. La transmisión de calor no puede tener lugar sin que exista una diferencia de temperatura.  

TEMPERATURA La temperatura es la escala usada para medir la intensidad del calor y es el indicador que determina la dirección en que se moverá la energía de calor. También puede definirse como el grado de calor sensible que tiene un cuerpo en comparación con otro. En algunos países, la temperatura se mide en Grados Fahrenheit, pero en nuestro país, y generalmente en el resto del mundo, se usa la escala de Grados Centígrados, algunas veces llamada Celsius. Ambas escalas tienen dos puntos básicos en común: el punto de congelación y el de ebullición del agua al nivel del mar. Al nivel del mar, el agua se congela a 0°C o a 320°F y hierve a 1000°C o a 2120°F. En la escala Fahrenheit, la diferencia de temperatura entre estos dos puntos está dividida en 180 incrementos de igual magnitud llamados grados Fahrenheit, mientras que en la escala Centígrados, la diferencia de temperatura está dividida en 100 incrementos iguales llamados grados centígrados.

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PRESIÓN:

La presión es la fuerza que se ejerce sobre una superficie. En el sistema internacional la unidad es el N/m²,llamado Pascal (Pa). Sin embargo como esta unidad es muy pequeña y poco práctica se emplea el bar.

 

1bar = 105 Pa = 105N/m2

1bar = 1,02 kg/cm2 = 0,98 Atm = 14,5 psi

 

Como la diferencia entre las diferentes unidades es tan pequeña se considera 1bar = 1 kg/cm2 = 1 Atm = 14,5 psi.

En refrigeración se utiliza el manómetro compuesto para medir la presión, lleva varias escalas, en bar, psi y la temperatura equivalente.

Para medir el vacío (por debajo de la presión atmosférica) se utiliza el vacuómetro, se mide en cm de mercurio (cmHg).

La presión se puede medir en presión relativa o absoluta:

Presión relativa o manométrica es la que se mide en el manómetro, considera 0 la presión atmosférica.

Presión absoluta se suma la presión que leemos en el manómetro la presión atmosférica. P.E: si tenemos 2bar de presión relativa que marca el manómetro serían 2 + 1 = 3 bar de presión absoluta.

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TEMPERATURA:

Es la propiedad de los cuerpos que determina los intercambios de calor entre ellos y constituye una medida del movimiento molecular de los cuerpos. Este movimiento molecular no desaparece hasta llegar al cero absoluto

(-273,15°C).

La unidad de temperatura es el Kelvin (k) en el sistema internacional.

0ºK = -459,67ºF = -273,15ºC

Como los ºC están muy difundidos y estando relacionados estrechamente con los puntos de congelación y de ebullición del agua a la presión atmosférica se decidió por razones prácticas que los ºC pueden ser utilizados con los ºK.

Para trabajar con ºC sólo tenemos que restarle 273, por ejemplo:

280ºK = 280-273 = 7ºC

Para pasar de ºC a Fº y viceversa:

CALOR:

Es una forma de energía debida a la agitación de las moléculas que constituyen una sustancia.

El calor siempre pasa del cuerpo más caliente al más frío, a través de todo objeto, no existiendo materia que intercepte totalmente esta transmisión.

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La unidad de calor es la caloría, siendo la cantidad de calor que debe suministrarse a 1 g de agua, a la presión atmosférica, para elevar su temperatura de 14,5ºC a 15,5ºC

1 kcal = 4187 J = 3,96 B.T.U.

 

METODOS DE TRANSMISIÓN DE CALOR:

Conducción: Transmisión de calor a través de un cuerpo.

Convección: Movimiento medio (líquido o gaseoso) provocado por la diferencia de temperatura.

Radiación: Transmisión de calor sin necesidad de calentar el medio de transmisión. Tiene que ver con la forma y el color de lo que está expuesto al calor de radiación.

Para medir la cantidad de calor por conducción:

Q = K · S · (t2-t1)

Q = Cantidad de calor (Kcal)

K = Coeficiente de transmisión térmica. (Kcal/ºC/m²C

S = Superficie (m²)

Para medir la cantidad de calor por convección:

Q = Ce · m · (t2-t1)

Q = Cantidad de calor (Kcal)

Ce = Calor especifico Kcal/ºC/kg. , W/ºC/kg.

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m= masa.

Si no hay diferencia de temperatura no hay transmisión de calor,

 

CALOR SENSIBLE:

Es el calor que aportamos para incrementar la temperatura de un cuerpo.

Q = Ce · m · (t2-t1)

Q = Cantidad de calor (Kcal)

Ce = Calor especifico (Kcal/ºC/kg, W/ºC/kg)

m= masa.

Q = Ce · m · (t2-t1)

Para que calentar 1 kilo de hielo de –5º a 0ºC debemos aportar:

Q= 0,5 · 1 · 5= 2,5 Kcal

 

CALOR LATENTE:

Es el calor que aportamos para cambios de estado, no varía la temperatura.

Q = Ce · m

Siguiendo el anterior ejemplo para descongelar 1 kilo de hielo a 0ºC necesitamos aportar:

Q= 80 · 1= 80 Kcal

El Q sensible del agua una vez descongelada es 1 por lo tanto para incrementar su temperatura de 0º a 100ºC necesitamos aportar:

Q= 1 · 1 · 100= 100 Kcal

Para evaporar el agua una vez ya está a 100ºC:

Q= 538,4 · 1= 538.4 Kcal

Por lo tanto para calentar 1 kilo de agua de –5ºC hasta evaporarla (100ºC) hemos necesitado 725,5 Kcal de las cuales 538,4 han sido necesarias para su evaporación.

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1 kcal = 1,163W = 3,96 BTU

Como el agua para evaporarse necesita 538,4 Kcal (calor latente) se podría utilizar de refrigerante ya que robaría calor de un cuerpo que se encontrara a más temperatura.

Para refrigeración se utilizan refrigerantes como el R-12, R-22, etc. que tienen puntos de ebullición muy bajos y por consiguiente son muy volátiles y se deben conservar en recipientes herméticos sometidos a presión.

Si en el interior de este recipiente tenemos R-12 liquido a –29ºC y la temperatura ambiente en el exterior de la botella es de 30ºC, el refrigerante empezaría a robar calor y a evaporarse.

Al estar la botella cerrara aumentaría la presión de la botella hasta 6,5 bar que es la presión equivalente a 30ºC.

Podemos aprovechar esta característica para enfriar una habitación si colocamos un recipiente con refrigerante sometido a la presión atmosférica.

A la presión atmosférica el R-12 evapora a –30ºC, por lo tanto podemos mantener la habitación a 4ºC perfectamente.

Este sistema de refrigeración no sería factible ya que el refrigerante se lanza a la atmósfera sin posibilidad de recuperarlo

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.

Si colocamos una estrangulación en el escape podríamos evaporar a temperaturas más bajas al disminuir la presión.

El inconveniente sería el mismo que en caso anterior ya que no aprovechamos el refrigerante.

FUNCIONAMIENTO DE UN SISTEMA FRIGORIFICO:

Si queremos conseguir que el evaporador de una cámara se mantenga a –10ºC el compresor ha de conseguir 1bar para el refrigerante R-134 A.

1. Para que se evapore todo el líquido en el evaporador ha de existir una diferencia de temperatura.

En el momento que se ha evaporado el líquido, el gas empieza a robar temperatura del exterior y se recalienta. Con un termómetro podremos saber donde hay líquido o gas ya que el líquido tiene mayor poder de absorción del calor que el gas.

2. La presión se mantiene constante en todo el evaporador (excepto las pérdidas de carga). A la salida del evaporador el refrigerante es 100% gas y se aisla la tubería hasta el compresor para evitar más recalentamiento.

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3. El gas cuando llega al compresor es aspirado y lo expulsa a una presión superior (lo comprime) y a una temperatura superior.

4. Para volver a utilizar el refrigerante debemos licuarlo en el condensador.

Para conseguir la condensación del refrigerante también ha de existir una diferencia de temperatura entre el condensador y el aire externo.

Una vez condensamos todo el gas en líquido subenfriamos el líquido.

4/6 partes del condensador tienen la misión de condensar y 1/6 en subenfriar.

El manómetro de alta nos indica la presión a la cual condensa y es constante en toda la parte de alta

5. El refrigerante que proviene del condensador se almacena en el recipiente en estado líquido.

 

 

DIAGRAMA ENTALPICO DE MOLLIER

El diagrama de entalpía o diagrama de Mollier permite simplificar los cálculos generales que se encuentran en refrigeración. Esto permite en particular encontrar los valores siguientes:

Presión del condensador. Presión del evaporador. Relación de compresión.

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Calor máximo del líquido. Calor máximo del vapor. Calor latente del fluido frigorígeno. Producción frigorífica. Volumen específico del gas de salida del evaporador. Entropía del gas. Temperatura del gas, después de la compresión. Energía necesaria de trabajo de compresión. Calor, disipado en el condensador.

El diagrama presión-calor máximo o entálpico se presenta esquemáticamente de la forma siguiente:

Sobre el eje vertical se encuentran las presiones, que son generalmente presiones absolutas.

El eje horizontal está graduado en calorías por kilogramo de fluido, está indicando el calor total del fluido en estado considerado.

Entre estos dos ejes se encuentra de izquierda a derecha, las características del fluido, en estado líquido saturado (líquido que no contenga vapor) pues las diversas cualidades de los fluidos contienen % de vapor mezclado con el líquido.

Encontrando después la curva del vapor saturado, vapor, que no contiene nada de líquido, esta es la condición del vapor al final de evaporador.

A la derecha de esta curva, tres series de curvas dan los valores de entropías, de volúmenes específicos y de la temperatura para el vapor saturado y recalentamiento.

UTILIZACIÓN PRÁCTICA DEL DIAGRAMA ENTÁLPICO PARA EL R-22

Suponiendo la evaporación a 10ºC y la condensación a 45ºC, en el depósito de líquido la temperatura de este es de 40ºC (punto A del diagrama).

La presión absoluta es de 17,2 bar.

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Paso a través de la válvula:

Durante el paso a través del reductor, la temperatura y la presión bajan según AB’ del diagrama, la temperatura desciende a la de evaporación: 10ºC y la presión absoluta a 3,5bar.

Un golpe de vista al diagrama permite constatar que en ese momento no hay líquido saturado, sino una mezcla de líquido y gas en la proporción de 30% vapor y 70% de liquido.

El 30% de liquido que se ha vaporizado es el que ha servido para bajar de temperatura el líquido de 40ºC a –10ºC.

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

Paso a través del evaporador:

El paso a través del evaporador está representado por la recta B’C.

En el curso de este paso la temperatura es constante –10ºC así como la presión 3,5bar.

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

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

 

Producción frigorífica:

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

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

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

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

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Para 1000 frigorías será necesario:

Paso a través del compresor:

Suponiendo que el gas penetra en el condensador totalmente vaporizado, el paso a través del cilindro está representado por la línea EF que es la curva de entropía constante.

En el punto E, la compresión comienza y queda terminada en el punto F, en este momento la temperatura de gas está entre 70ºC y 80ºC.

Si prolongamos F sobre el eje de las ordenadas, nos encontramos al final de la compresión tenemos 450KJ/Kg.

Energía necesaria para la compresión:

La diferencia entre 410 y 450 del comienzo al final de la compresión son 40KJ/Kg (9,6Kcal/kg) que es el calor equivalente al trabajo del compresor.

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

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

La equivalencia calorífica de 1CV/hora es de 637 Kcal la potencia teórica necesaria será de:

Volumen específico:

Dentro del punto E se encuentra un valor importante, este es el volumen específico del vapor. Este valor se encuentra por estimación en 15Kg/m³.

Con este valor podemos obtener la cilindrada del compresor. Como para obtener 1000 frigorías nos hace falta 27,7kg de fluido y que este fluido está formado por gas a un volumen específico de 15Kg/m³.

Si el compresor debe producir 1000 frigorías por hora el compresor dispondrá de un cilindro de 1,8m³/h.

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La relación de compresión la podemos conocer dividiendo la presión absoluta de alta por la de baja:

Paso a través del condensador:

De F a A el fluido comprimido atraviesa el condensador.

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

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

A partir de aquí empieza la condensación hasta el punto H donde tenemos 100% líquido.

De aquí volvemos al punto A.

 

Capacidad del condensador:

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

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

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

Para producir 1000 frigorías necesito un condensador de 1322,952 Kcal/h.

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La misión del compresor es la de aspirar el gas que proviene del evaporador y transportarlo al condensador aumentando su presión y temperatura.

Tipos de compresores: Alternativo Rotativo Tornillo Centrífugos Scroll

Estos se pueden clasificar en:

Herméticos: Tanto el motor como el compresor están dentro de la misma carcasa y es inaccesible. Van enfocados a pequeños equipos de carga crítica.

Semi-herméticos: Es igual que el anterior pero es accesible, se puede reparar cada una de sus partes.

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Abiertos: Motor y compresor van separados.

 

COMPRESOR ALTERNATIVO:

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A. Al bajar el pistón creamos una depresión en el interior del cilindro respecto la línea de aspiración, entonces se abre la válvula de aspiración y va entrando el gas en la cámara.

B. Al subir el pistón comprimimos el gas y abre la válvula de descarga.

No se abren las válvulas hasta que no se vence la presión del exterior, al superar la presión de admisión o de descarga.

- El espacio necesario entre el pistón y el plato de válvulas se llama claro, este espacio repercute negativamente al rendimiento del compresor de manera que si tenemos menos claro mayor rendimiento.

En este claro siempre se nos queda la presión de alta, de manera que el pistón ha de hacer más recorrido en el momento de la admisión.

Con un compresor de igual potencia puede dar más o menos rendimiento según esta característica.

Al entrar los gases en el compresor, el cilindro está extremadamente caliente, el gas aumenta su volumen y por lo tanto entra menos gas y disminuimos su capacidad, a parte podríamos carbonizar el aceite dañando así el plato de válvulas.

Las válvulas llevan un seguro que permite saltarlas en caso de que nos llegue líquido.

 

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DESPLAZAMIENTO DEL PISTÓN:

Es el volumen teórico que es capaz de aspirar y comprimir el cilindro del compresor.

V= Volumen teórico (m3/minuto).

L= Carrera pistón.

N= Número de pistones.

RENDIMIENTO VOLUMÉTRICO:

Es la diferencia entre el volumen real por el desplazamiento.

LLAVES DE SERVICIO:

Si las apretamos a tope incomunicamos el compresor con la instalación.

Si la abrimos comunicamos el compresor con la instalación pero no con la toma de servicio.

Para conectar el manómetro le damos media vuelta a la llave de servicio para comunicar los tres sitios.

Cada vez que abrimos y cerramos la llave de servicio se ha de aflojar el prensa para evitar que en el futuro pierda por ahí.

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RELACIÓN DE COMPRESIÓN:

Es la diferencia entre la presión de baja y la de alta, cuando mayor sea esta relación menor rendimiento tiene el compresor.

VOLUMEN REAL:

Al volumen real del cilindro del compresor le afecta:

Claro.

Relación de compresión.

Calentamiento.

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LUBRICACIÓN COMPRESORES:

El aceite de los compresores lubrica las partes móviles y cierra el espacio entre el cilindro y el pistón.

El compresor bombea el aceite por toda la instalación, este circula por la parte baja de la tubería y es retornado otra vez al compresor.

El aceite sólo es útil en el compresor, fuera de este es más perjudicial que beneficioso.

Se emplean dos sistemas de lubricación; el barboteo o por bomba de aceite.

Hasta 4 ó 5 CV se emplea el sistema por barboteo, el cual funciona de la siguiente manera:

Dentro del nivel de aceite que existe en el compresor se introduce una de las partes móviles del compresor, como puede ser una cazoleta de la biela, un eje del cigüeñal hueco, etc.

Esta parte móvil salpica o conduce el aceite hacia otras partes del compresor.

A partir de 5 CV es necesario una bomba de aceite que inyecte este a una presión constante.

Para ello se utiliza una bomba formada por dos piñones que es accionada por el mismo eje del cigüeñal.

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La bomba aspira el aceite del cárter del compresor, y lo conduce a cierta presión por un conducto a todas las partes móviles (cigüeñal, pistones, bielas) las cuales tienen un orificio por donde sale el aceite.

Todos los compresores con bomba de aceite han de llevar un presostato diferencial de aceite.

 

5.1.7. ACCIONAMIENTO DE LOS COMPRESORES:

El accionamiento en los compresores del tipo abierto puede ser directo o por poleas.

 

Directo: En este tipo de accionamiento se sujeta en el eje del motor y del compresor un acoplador con los cuales unimos las dos máquinas.

El acople a de ser flexible ya que nos permite cierto grado de desviación, (1-2mm, 2º de inclinación) si este fuera rígido nos exigiría mucha exactitud.

Poleas: Este tipo de accionamiento permite adaptar la velocidad del motor a la del compresor.

Para accionar las poleas se usan las correas que pueden ser planas, las cuales están ya obsoletas, y las trapezoidales.

Todas las poleas tienen el mismo ángulo inferior (40º), nunca deben tocar el fondo de la polea ya que entonces resbalaría.

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Las secciones se indican con dos números, perteneciendo el primero a la base grande del trapecio, y el segundo, a su altura expresara en milímetros.

Estas secciones tienen los valores siguientes y se designan por una letra que sirve de referencia:

6 x 4 Y

10 x 6 Z

13 x 8 A

17 x 11 B

22 x 14 C

32 x 19 D

38 x 25 E

Las dos primeras son las menos utilizadas en la industria frigorífica.

Cada correa tiene un diámetro mínimo de polea para evitar que estas sufran:

  Sección de la correa (mm)

Diámetro polea (mm)

Normal Mínimo

Z 10 x 6 60 50

A 13 x 8 80 70

B 17 x 11 128 108

C 22 x 14 221 204

D 32 x 19 340 310

E 38 x 25 550 500

Para el cálculo del diámetro de la polea del compresor se ha de respetar la velocidad mínima que indica el fabricante del compresor ya que sino el aceite no haría su función de sellado del prensa.

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Al contrario si nos pasamos de la velocidad máxima se produce un mayor desgaste y calentamiento.

La fórmula para el cálculo del diámetro de la polea es:

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La tensión de la correa ha de ser un 5% de la longitud libre de la correa, si no fuera así llegaríamos a forzar el prensaestopas.

COMPRESOR ROTATIVO:

Esta formado por una excéntrica que va rodando dentro de una cavidad de manera que va aspirando y comprimiendo gas a la vez.

Tiene la misma apariencia que un compresor hermético alternativo pero a diferencia de este el rotativo es más pequeño y menos ruidoso, otra diferencia es que la presión de alta se descarga dentro de la carcasa por lo tanto está muy caliente.

Tienen más rendimiento que los alternativos al carecer de tantas partes móviles.

Se usan casi exclusivamente en aire acondicionado y es necesario que lleven una botella de aspiración.

COMPRESOR SCROLL:

Está formado por dos espirales, una fija y otra móvil de manera que la móvil se va cerrando sobre la fija.

La espiral móvil va aspirando el gas y lo va cerrando contra la otra espiral y lo va comprimiendo. Igual que el rotativo el scroll va comprimiendo y aspirando continuamente.

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Admite golpes de líquido, tiene bajo nivel sonoro y de vibraciones, no arrastra casi aceite, tiene bajo par de arranque y se utiliza generalmente en aire acondicionado.

COMPRESORES DE TORNILLO:

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Esta formados por dos tornillos que van aspirando y comprimiendo gas a la vez. de manera que el espacio entre los dos tornillos se va reduciendo y comprimiendo el gas.

Este tipo de compresores se utiliza a partir de los 300m³ de aspiración, suelen ser abiertos accionados por motores a partir de los 100-500CV.

Las instalaciones para este tipo de compresores son costosas ya que requieren bastantes aparatos auxiliares.

El aceite va en la parte de alta, el circuito de aceite se pone en marcha antes que el compresor para que suba la temperatura.

El aceite se inyecta por los rodamientos, prensa y otras partes móviles.

El aceite se cambia cada 3000 horas de funcionamiento, el presostato diferencial de aceite es de acción inmediata, no tiene retardo.

Este tipo de compresor es el que mejor se puede regular (de forma lineal desde el 10% hasta el 100%), esta regulación se lleva a cabo con un pistón de capacidad que abre o cierra el espacio entre los dos tornillos. (El accionamiento de este pistón se lleva a cabo con el aceite).

Son bastante ruidosos y aceptan retornos de líquido, la temperatura máxima de descarga son 100ºC.

Funcionan las 24 horas del día y el mantenimiento más común es el cambio de rodamientos.

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EVAPORADOREl evaporador es el lugar de la instalación donde se produce el intercambio térmico entre el refrigerante y el medio a enfriar.

En los evaporadores inundados la transmisión de calor es uniforme, en los secos es una mezcla de gas y líquido pulverizado.

La cantidad de calor que absorbe el evaporador depende de la superficie, la diferencia de temperatura (entre el exterior y la temperatura de evaporación) y el coeficiente de transmisión de calor (K) que es el material que empleamos.

S= Superficie (m²)

D t= Diferencia de temperatura

K= Coeficiente de transmisión de calor (Kcal/m²/Cº; W/m²/Cº)

Q= Cantidad de calor (W, Kcal)

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La superficie es siempre constante, puede variar el D t (ventiladores) o la K (hielo en el evaporador, exceso de aceite, etc.).

Cuando el líquido entra en el evaporador a través del elemento de expansión una parte se evapora (30%) para enfriarse a si mismo, el resto va robando calor al exterior y va evaporándose a medida que atraviesa el evaporador.

La presión y la temperatura se mantienen constantes siempre que por el evaporador circule líquido, en el momento que se halla evaporado todo, si el refrigerante sigue robando calor del exterior obtendremos gas recalentado o recalentamiento.

Lo ideal sería que el recalentamiento empezara en la llave de aspiración del compresor, de esta manera disminuimos la temperatura de descarga del gas e incrementamos capacidad frigorífica, pero resulta complicado ya que corremos el riesgo de que nos llegue líquido al compresor.

Una vez el refrigerante sale del evaporador se aísla la tubería de aspiración para evitar más recalentamiento.

La cantidad de calor que puede absorber el evaporador viene expresado en Kcal/h o W/h.

 

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Los evaporadores pueden ser estáticos o de tiro forzado, según el D t que quedamos conseguir.

El aire al tocar el tubo del evaporador enfría el aire y lo pone a 5ºC, al pasar por el segundo tubo lo enfriamos más y lo ponemos a 0ºC.

El segundo tubo roba menos calor ya que hay menos D t.

Si pusiéramos una sola fila de tubos para conseguir la misma temperatura necesitaríamos más espacio, pero obtendríamos mejor rendimiento.

En evaporadores estáticos no es recomendable poner más de dos filas de tubos, para ello necesitaremos un ventilador para que el aire circule por todos los tubos. (a más tubos mayor velocidad de aire debemos conseguir).

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La presión en el evaporador no se mantiene constante a causa de las pérdidas de carga.

Para evitar estas pérdidas de carga en evaporadores grandes se divide en secciones.

Cada parte del evaporador ha de ser de igual longitud y van a parar a un colector.

La humedad afecta negativamente en el rendimiento del evaporador, al enfriar el aire de 2ºC (70% de humedad relativa) a –30ºC la humedad pasa a ser del 100% y pasamos de 10 gr de agua por m³ de aire a 3 gr/m³. Los 7 gr/m³ restantes se quedan en el evaporador en forma de escarcha.

Al tocar el aire con el producto robamos calor al producto, como al aire le falta agua también robamos humedad del producto.

La humedad relativa necesaria depende del producto que tenemos que almacenar para no deshidratar el producto.

Para evitar la deshidratación del producto, se debe envasar o acortar el D t.

A mayor velocidad de aire mayor D t conseguimos y enfriamos más rápido, para conservar alimentos sin envasar necesitamos poco D t para no deshidratarlo (utilizando evap estáticos P.E.).

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ELEMENTOS DE EXPANSIONLa misión de los elementos de expansión es la de controlar el paso de refrigerante y separar la parte de alta con la de baja, los diferentes tipos de elementos de expansión son:

 

Tubo capilar. Válvula de expansión termostática. Válvula de expansión automática. Válvula manual. Válvula de flotador en alta presión. Válvula de flotador en baja presión. Válvula electrónica.

 

TUBOS CAPILARES.

Los tubos capilares se utilizan habitualmente como elementos de expansión en pequeñas instalaciones por las razones siguientes:

Facilidad de instalación. Bajo coste. Fiabilidad, no hay piezas en movimiento. Permiten la utilización de compresores de bajo par de arranque por el

buen equilibrio de presiones.

Cuando el refrigerante líquido entra dentro del tubo capilar se produce una estrangulación, (aumenta la velocidad y disminuye la presión) debido a esto parte del líquido se evapora al cambiar de presión.

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Para evitar que se evapore todo el líquido antes de entrar al evaporador se suele soldar junto con la línea de aspiración para evitar que robe calor del exterior.

Cuando ponemos en marcha el compresor empezamos regar el evaporador, se evapora y va avanzando el refrigerante, se suele colocar un termostato en la línea de aspiración antes del compresor para pararlo cuando llegue el refrigerante en estado líquido.

Al parar el compresor todo el refrigerante pasa al evaporador al no haber nada que lo impida y gracias a la diferencia de presiones.

Por esta razón no se puede utilizar recipiente en instalaciones con tubo capilar y hay que tener cuidado al dimensionar el filtro ya que este podría hacer de recipiente.

Al estar las presiones igualadas el motor arranca sin muchos esfuerzos.

Los equipos congeladores suelen llevar un separador de partículas para evitar los golpes de líquido.

En la placa de características del equipo ha de llevar el peso de refrigerante que ha de llevar la instalación ya que la carga es crítica.

El tubo está calibrado, la potencia frigorífica está en función con el diámetro y la longitud del tubo.

La carga exacta para estos equipos es cuando todo el refrigerante está evaporado en el evaporador en el momento en que el compresor está parado.

Ajustamos las condiciones de trabajo de los equipos con tubo capilar con la carga de refrigerante;

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Una carga escasa es causa de una temperatura de evaporación demasiada baja, lo que tiene como consecuencia la disminución del rendimiento frigorífico y por lo tanto aprovechamiento solamente parcial del evaporador.

En cambio una carga demasiado fuerte es causa de una presión demasiado elevada y conduce a la sobrecarga del compresor pudiéndole llegar golpes de líquido.

 

 

VÁLVULAS DE EXPANSIÓN TERMOSTÁTICAS

 

Las válvulas de expansión termostáticas están formadas por:

bulbo: Es un elemento cargado con el mismo refrigerante que hay que controlar. La presión que ejerce este refrigerante depende de la temperatura al final del evaporador y actúa sobre el orificio calibrado de la válvula.

La presión del bulbo es presión de apertura (a más temperatura mayor apertura).

 

Tornillo de recalentamiento, va ajustado de fábrica con 4ºC (respecto la presión de baja), la presión que ejercemos con el tornillo contrarresta la presión del bulbo.

Pcierre = Ptornillo + Pbaja

Papertura = Pbulbo

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VÁLVULAS DE EXPANSIÓN TERMOSTÁTICA CON COMPENSACIÓN INTERNA:

Una vez entra el refrigerante en el evaporador va robando calor del medio a enfriar y se va evaporando. Hasta el momento que no llegue líquido al bulbo y lo enfríe la válvula de expansión no cerrará.

Cuando conseguimos enfriar el bulbo y el recalentamiento es de 4ºC empezamos a cerrar la válvula.

Una vez cerrada la válvula aumenta el recalentamiento y por lo tanto la presión del bulbo vuelve abrir la valvula..

Este tipo de válvulas no son recomendables para evaporadores que existan grandes pérdidas de presión.

VÁLVULAS DE EXPANSIÓN TERMOSTÁTICAS DE COMPENSACIÓN EXTERNA.

Cuando las pérdidas de carga en el evaporador son considerables se emplean válvulas de expansión de compensación externa.

Estas a diferencia de las anteriores toman la presión de baja al final del evaporador justo detrás del bulbo, de esta manera aunque existan pérdidas de carga la presión de baja es más exacta.

Por ejemplo si tenemos pérdidas de presión la presión de baja es de 0,6 bar pero al principio tengo 1,1 bar.

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La presión de cierre sería 1,1 + 0,5 (tornillo) = 1,6 bar, por lo tanto el bulbo debe estar a más de –18ºC para que la válvula empiece a regar.

Entonces necesito 12ºC de recalentamiento (0,6 bar = -30ºC) no regamos todo el evaporador.

Con una válvula de compensación externa la presión que existe después de la válvula ya no es importante, cogemos la que existe después del bulbo que es la presión de aspiración.

 

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NORMAS DE COLOCACIÓN DEL BULBO:

 

Debe estar bien amarrado al tubo, no debe ir con cinta aislante o tiras de plástico, se debe colocar con la presilla metálica que suele acompañarlo.

Colocarlo en una superficie limpia y lisa, no se debe colocar sobre un codo, curva o soldadura.

El bulbo tiene una hendidura que es la que se aloja sobre el tubo. No colocar el bulbo en la parte baja del tubo ya que por esa parte es por

donde circula el aceite que hace de capa aislante. Se debe colocar entre las 2 y las 4.

El bulbo se debe colocar siempre en tramos horizontales, en los casos que sólo se pueda colocar en un tramo vertical se colocará con el bulbo hacia arriba.

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Se debe aislar siempre el bulbo para que no le afecte en su funcionamiento las corrientes de aire, se debe colocar siempre dentro del medio a enfriar.

El tubo de compensación exterior debe estar entre 10 o 15 cm después del bulbo.

 

DISTRIBUIDORES:

Si dividimos un evaporador en varias secciones conseguimos un mayor rendimiento ya que reducimos las pérdidas de carga y se mantiene una temperatura de salida del evaporador más uniforme.

Para ello se utilizan distribuidores que pueden ser de caída de presión o de efecto Venturi.

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La distancia entre la válvula de expansión y el distribuidor a de ser mínima, a la salida, la longitud de los tubos que alimentan a cada tramo de evaporador también ha de ser mínimo y además han de tener todos la misma longitud así evitamos que un tramo esté mejor regado que otro.

 

El de efecto Venturi reparte la misma proporción de gas y líquido en cada tubo ya que gracias a la reducción que lleva aumenta la velocidad y mezcla el gas y el líquido.

La pérdida de presión que ejerce este distribuidor es de ½ kilo y funciona en cualquier posición.

 

 

VÁLVULAS M.O.P.:

Si añadimos mucha carga térmica en una cámara (teníamos –20ºC y pasamos a 0ºC). dentro del evaporador se nos evapora más gas, la válvula no cierra y el compresor trabaja más.

Para evitar que el consumo del compresor sea elevado se coloca una válvula de expansión MOP o de presión de operación máxima.

Este tipo de válvulas nos limita la presión máxima de trabajo, por ejemplo una válvula MOP fijada a -20ºC significa que la presión máxima de evaporación que deja pasar es de 1,5bar.

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Esto se consigue llenando el bulbo de gas con un poco de líquido que se evapora a –20ºC o a la temperatura de la presión máxima de trabajo que queramos conseguir.

Si la temperatura es inferior a –20ºC podemos controlar el recalentamiento pero si superamos esta temperatura el líquido se evapora y el bulbo no es capaz de dar más presión de apertura y va cerrando la válvula hasta que se consigue la presión adecuada.

Escalas de las válvulas:

N +10ºC -40ºC

NM -5ºC -40ºC

NL -15ºC -40ºC

B -25ºC -60ºC

 

VÁLVULA DE EXPANSIÓN AUTOMÁTICA:

Físicamente es parecida a la termostática pero sin bulbo

Esta válvula mantiene la presión del evaporador constante.

Si ajustamos la válvula a 1 bar, si el evaporador está a menos vence la fuerza del resorte y abre la válvula.

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En el momento en que el evaporador alcance 1,1 bar la válvula cierra.

No se puede utilizar con solenoide se usa en instalaciones que cierran por temperatura.

Tiene bastantes inconvenientes el uso de este tipo de válvulas:

 

Si tenemos la cámara a 20ºC en el evaporador tenemos 8 bar y la válvula está cerrara.

Por lo tanto dejará pasar poco refrigerante y tardará horas en conseguir la temperatura.

Al contrario si tenemos la cámara muy fría, porque se ha estropeado el termostato, tenemos menos presión en el evaporador y por lo tanto vence la presión del muelle y entra aún más liquido llegando retorno al compresor.

 

VÁLVULA DE EXPANSIÓN MANUAL

Es parecida a una llave de paso, se utiliza en grandes instalaciones bajo la supervisión de un mecánico.

 

VÁLVULAS DE FLOTADOR:

Se usa en evaporadores inundados, mantienen un nivel de líquido en el evaporador. A medida que se evapora el líquido la bolla abre la válvula y entra líquido en el evaporador. El gas evaporado se va al condensador.

VÁLVULA DE EXPANSIÓN ELECTRÓNICA.

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Esta formado por una válvula solenoide conectada a un microprocesador el cual lleva un programa y dos sondas, una conectada al principio y otra al final del evaporador.

Podemos trabajar con mucha precisión, hasta con 1ºC de recalentamiento.

CONDENSADOREl condensador tiene la función de poner en contacto los gases que provienen del compresor con un medio para licuarlo.

Una parte de condensador tiene la función de quitar el calor sensible (1/6 parte), cuando llegamos a la temperatura de condensación ya no podemos enfriar más y empezamos a condensar. (4/6).

El condensador suele ser un 30% más grande que el evaporador.

Para poder condensar ha de haber 10ºC de D t entre la temperatura de condensación y el medio condensable.

Un buen subenfriamiento es de 6 8ºC por debajo de la temperatura de condensación.

Si el condensador fuera demasiado grande no tendríamos suficiente presión de alta y no podríamos empujar el líquido hacia el evaporador.

La presión ideal de condensación es la mínima que podamos mantener todo el año.

En el momento que cesa el medio condensable aumentaría la temperatura de condensación y la presión.

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CAPACIDAD DEL CONDENSADOR:

La capacidad del condensador es la cantidad de calor que el condensador es capaz de extraer al refrigerante.

Si disminuimos la temperatura de condensación el condensador podrá ser más pequeño.

También nos modifica la capacidad del condensador la relación de compresión, o la diferencia de presión entre la baja y la alta.

Cuando más alta sea la temperatura de condensación más grande deberá ser el condensador para la misma potencia frigorífica.

Por ejemplo si tenemos dos cámaras de la misma potencia frigorífica pero de diferentes temperaturas aumentaría la capacidad del condensador al aumentar la relación de compresión.

La diferencia de temperatura entre el invierno y el verano afecta negativamente en los condensadores de aire, ya que en invierno tendremos menos presión de alta. Para compensar esto es necesario una regulación de condensación (ventiladores, etc.).

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El D t de condensador es la diferencia de temperatura entre el medio condensante y la temperatura de condensación.

El problema de todos los condensadores es la suciedad que se acumula que hace de aislante impidiendo que salga el calor.

CONDENSADOR DE AIRE:

Los condensadores que tienen como medio enfriador el aire ambiente pueden ser estáticos o de tiro forzado:

Estáticos: Suelen ser de tubo liso, como la velocidad del aire es lenta se acumula mucha suciedad. Suelen ser bastante largos y se usa sólo en el entorno doméstico.

 

Tiro forzado: Utilizan ventiladores para aumentar la velocidad del aire, por lo tanto reducimos superficie de tubo. Exteriormente es bastante parecido a un evaporador.

Cuando está instalado junto con el compresor el condensador a de tomar el aire en el lado contrario de este para evitar tomar el aire ya caliente.

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CONDENSADOR DE AGUA:

Son aquellos que usan el agua como medio condensable.

Para asegurar un buen funcionamiento y limitar el consumo de agua, las temperaturas idóneas del agua a la salida del condensador con respecto a la temperatura de entrada han de ser:

Temperatura de entrada hasta 15ºC, la salida ha de ser 10ºC más que la entrada.

Temperatura de entrada a partir de 16ºC, la salida ha de ser 9ºC más que la entrada.

Temperatura de entrada a partir de 21ºC, la salida ha de ser 8ºC más que la entrada.

Se deben instalar torres de recuperación de agua a partir de las siguientes potencias frigoríficas:

En sistemas de refrigeración, a partir de 18.000frg/h.

En aire acondicionado, a partir de 6.000frg/h.

Estas torres de recuperación deben de recuperar hasta el 75 % del agua.

CONDENSADOR DE DOBLE TUBO:

Es un serpertin formado por dos tubos concéntricos, por el tubo interior circula el agua y por el exterior el refrigerante, se hace circular a contracorriente para robar mejor el calor al refrigerante.

Se instala junto con el serpentín una válvula presostática para controlar la presión del agua según la presión de alta de la instalación de manera que cuando la instalación está parada no circule agua.

Son condensadores pequeños y se usa como refuerzo.

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CONDENSADOR MULTITUBULAR :

Se utiliza como bancada del compresor y hace de recipiente en los equipos medianos.

Circula agua por los tubos interiores y condensa el refrigerante contenido en el recipiente.

Llevan un tapón fusible de seguridad y una válvula de purga para extraer los gases incondensables.

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CONDENSADOR EVAPORATIVO:

Está formado por un serpentín por el cual circula el refrigerante, este serpentín es mojado por unas duchas de agua de manera que al hacer circular una corriente de aire el agua que moja los tubos se evapora extrayendo calor.

Tiene un rendimiento muy bueno.

CabTexto

CONDENSADOR MULTITUBULAR VERTICAL:

Son parecidos a los horizontales pero mucho más grandes y suelen ser de obra.

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Por el mismo tubo circula agua y aire a contracorriente, al agua va lamiendo la pared del tubo y el aire va por el centro del tubo que está en contacto con el refrigerante.

Tiene una especie de corona para que el agua circule de esta manera.

Tiene el mismo rendimiento o más que el evaporativo.

TORRE DE ENFRIAMIENTO:

La torre de enfriamiento tiene la misión de mantener el agua caliente el mayor tiempo posible en contacto con el aire para enfriarla.

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El calor que se acumula se saca mediante una turbina.

El eliminador evita que se arrastren gotas al exterior.

En una torre de enfriamiento hay que tener en cuenta:

 

La cantidad de calor.

Caudal de agua.

Temperatura entrada del agua.

Temperatura de salida.

Temperatura de bulbo húmedo.

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El margen de la torre es: Tentrada – Tsalida

El acercamiento de la torre es la diferencia entre la temperatura de salida y la temperatura de bulbo húmedo el aire.

acercamiento = Tsalida – TBHA

El rendimiento de la torre depende de la humedad relativa, si el aire es muy húmedo no se podrá llevar mucho vapor de agua.

Para conseguir un buen rendimiento el acercamiento ha de ser de 5 6 ºC, el margen de 6 – 7C.

El caudal de aire que tenemos que mover es de 175-225m³/h por cada 1000frig/h.

Se evapora 1 litro de agua por cada 538 kcal/h de calor extraído al agua, aproximadamente el 5% de agua que hacemos circular. (2% cada 5ºC de margen).

Las torres suelen llevar una resistencia dentro de la cubeta del agua con un termostato para que el agua nunca llegue a 0ºC.

Algunas llevan una válvula de 3 vías para evitar quedarse sin presión en invierno si la temperatura de entrada es menor de 20ºC.

Si esto ocurre el agua vuelve a circular por el condensador hasta que alcance una temperatura elevada.

TRATAMIENTO DEL AGUA:

Los problemas que puede crear el agua como elemento refrigerante son muchos, los más habituales son:

 

La formación de incrustaciones.

Los cultivos orgánicos.

La corrosión de los metales empleados en la instalación.

Las aguas pueden clasificarse como duras o blandas o también ácidas o alcalinas.

Las aguas duras son aquellas que contienen un elevado contenido en sales de calcio y magnesio.

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Las blandas son aquellas que contienen pequeñas cantidades de estas sales.

La acidez o alcalinidad del agua se refleja principalmente por su P.H.

El agua utilizada en refrigeración generalmente procede de;

Aguas subterráneas.

Aguas superficiales.

Aguas de mar.

Aguas de la red urbana.

Las aguas subterráneas o de pozos profundos son muy estimadas para procesos de enfriamiento debido a su temperatura. Pero usualmente estas aguas son muy duras y tienen un alto contenido de sólidos disueltos por lo que si no son debidamente tratadas presentan problemas de incrustaciones.

Las aguas superficiales generalmente están sujetas a grandes variaciones de temperatura y por el contrario contienen poca cantidad de sólidos disueltos.

El agua de mar puede ser empleada siempre que la instalación esté construida con materiales resistentes a la corrosión.

Las aguas de la red urbana no son adecuadas para muchos procesos de refrigeración.

Antes de realizar un tratamiento del agua debemos conocer su P.H. siendo por debajo de P.H. 7 ácida y por encima alcalina.

Existen varios procedimientos para evitar la formación de incrustaciones o el ensuciamiento del circuito de refrigeración, los más destacados son:

Filtración.

Descalcificación.

Acidificación.

La filtración del agua es empleada para evitar el ensuciamiento de las instalaciones. Los filtros están formados por elementos filtrantes como pueden ser tejidos metálicos o sintéticos.

La descalcificación se emplea para evitar la formación de incrustaciones.

Consiste en pasar el agua a una determinada velocidad a través de una resina que está alojada en un depósito.

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La resina cede los iones de sodio al agua modificando la dureza de ésta.

Cuando todos los iones del agua han sido cedidos el intercambiador está gastado y hay que regenerarlo.

El agua, una vez descalcificada, tiene tendencia a producir fenómenos de corrosión, por lo que es conveniente complementar este tratamiento con otro para la corrosión.

La acidificación consiste en la adición de un ácido, normalmente el sulfúrico, que evita las incrustaciones.

CÁLCULOS DEL CONDENSADOR.

En los condensadores de aire debemos conocer el volumen de aire que es capaz de mover el condensador para asegurar el intercambio de calor.

Para conocer el volumen primero debemos conocer la velocidad del aire, este valor nos lo da el anemómetro.

Las medidas se han de hacer dentro de la superficie del condensador, se suman todas y se divide por el número de lecturas.

Después debemos conocer la superficie del condensador.

Por ejemplo si el condensador hace 40 cm x 25 cm = 1m² y si la velocidad obtenida es de 10m/s el resultado será:

10 m/s x 1m² = 10m³/s = 3600m³/h

Ejemplo 1: Tenemos un condensador que mueve 500m³/h, la temperatura del aire que entra es de 30ºC y del que sale 38ºC.

El calor específico del aire seco es 0,24 y el del aire húmedo 0,29.

La cantidad de calor que roba el condensador al refrigerante es de:

Q=m x D t c Ce

Q= 500m3/h x 8 x 0,29= 1160 kcal/h.

 

 

 

Ejemplo 2: Tenemos un condensador de agua que mueve 500 l/h de agua. La temperatura de entrada es de 18ºC y la de salida de 25ºC.

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El calor especifico del agua es 1.

La potencia del condensador es de:

Q= 500l/h x (25-18) x 1 = 3500kcal/h

Ejemplo 3: Hallar la longitud de un condensador a contra corriente para ayudar a un condensador de aire, la ayuda es de 1.500 kcal/h, empleando un tubo exterior circulación del agua de 7/8" y 5/8" para la circulación del gas.

K= 600

D t= de entre 10 a 12ºC

1 metro lineal de 5/8" tiene 0,05m2

Q= 600 x 0,05 x 12= 360kcal/h./m

Longitud del tubo = 1500: 360 = 4,16m de tubo de 5/8".

INSTRUMENTOS AUXILIARESPRESOSTATO DE BAJA:

El presostato de baja es el responsable de parar el compresor antes de que éste llegue hacer el vacío en la instalación.

Este presostato está formado por dos escalas:

La principal o gama que es la escala de arranque.

El diferencial, que es la que restada la principal nos da la presión de paro.

Las escalas son aproximativas y se han de comprobar con el manómetro.

La presión de arranque a la cual ha de arrancar el compresor será la correspondiente a la temperatura que ha de haber en el recinto a enfriar.

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De lo contrario si es inferior tendremos falsas arrancadas y si es superior el compresor no arrancará hasta que la temperatura de la cámara no sea elevada.

La presión de parada será normalmente entre 0 y 0,1 bar.

Por ejemplo para que un compresor arranque a 1,5 bar y pare a 0,1 bar.

Principal: 1,5bar

Diferencial: 1,4bar

Todos los presostatos tienen una estrangulación para evitar golpes de presión en el fuelle.

PRESOSTATO DE ALTA:

El presostato de alta es un elemento de seguridad que tiene la función de parar la instalación cuando la presión de ésta es excesiva.

La escala principal es de parada y suele poner "STOP".

El diferencial es de arranque.

Por ejemplo queremos que el compresor pare a 20bar y vuelva arrancar a 15bar.

Principal: 20bar

Diferencial: 5bar

El rearme de la mayoría de estos presostatos es manual.

El diferencial en algunos modelos no es regulable y viene fijado a 3bar.

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PRESOSTATO DE CONDENSACIÓN:

Este presostato se emplea para mantener una presión de alta constante durante todo el año mediante los ventiladores.

En verano cuando la presión de condensación es alta el presostato, pone en marcha el ventilador/es del condensador. Cuando la presión de alta disminuye, los vuelve a parar.

La escala principal es de arranque y todos llevan rearme automático.

Por ejemplo queremos que el segundo ventilador del condensador arranque a 18 bar y pare a 15:

Principal: 18 bar.

Diferencial: 3 bar.

 

PRESOSTATO DIFERENCIAL DE ACEITE :

Todos los compresores que van lubricados con bomba de aceite deben llevar presostato diferencial de aceite.

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El presostato tiene dos entradas, una que va conectada a la parte de baja del compresor y la otra a la salida de la bomba de aceite.

La presión con la que trabaja la bomba es la diferencia entre la presión de baja y la que obtenemos a la salida de la bomba, el resultado es de 4 bar.

Si las dos presiones fueran iguales significa que la bomba no funciona y para el compresor.

El presostato tiene un retardo ya que la bomba aparte de aceite también recoge refrigerante que al comprimirlo se evapora, esto provoca que se igualen las presiones y haría saltar el presostato.

Estos presostatos llevan rearme manual.

VÁLVULA DE CONTROL DE ASPIRACIÓN (KVL) :

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

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Normalmente se calculan los compresores para que trabajen a régimen. En el momento 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 compresor que tenemos instalado, entonces con la ayuda de un manómetro regulamos la válvula para tener una presión máxima de evaporación de 2bar.

La válvula mientras tenga una presión superior a 2 bar ira cerrando para limitarla, en el momento 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.

VÁLVULAS DE CONTROL DE CONDENSACIÓN (KVR, KVD):

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

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

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En verano no actúa ninguna de las dos válvulas.

VÁLVULA 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 estos quedamos 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.

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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.

 

Si tenemos varias cámaras conectadas en la misma línea de aspiración, han de llevar una antiretorno 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.

SEPARADOR DE PARTICULAS :

El separador de partículas se encuentra al final del evaporador en instalaciones de baja temperatura y que están alimentados por tubo capilar.

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Como en este tipo de instalaciones no existe ningún elemento de regulación con este elemento evitamos que lleguen gotas de líquido al compresor, sobretodo en las arrancadas.

Se utiliza con refrigerantes muy miscibles con el aceite ya que si no se acumularía éste en el fondo del separador.

Es imprescindible que lleven este elemento los compresores rotativos ya que estos, en contra de los alternativos, aspiran directamente de la aspiración y no permiten ni una gota de líquido.

SEPARADOR DE ACEITE :

El separador de aceite se emplea para recuperar la mayor cantidad de aceite posible para llevarlo al compresor que es donde es realmente útil.

Con R-12 no era necesario, con amoniaco es imprescindible y en R-22 es recomendable sobretodo en bajas temperaturas.

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

Su funcionamiento es el siguiente:

Cuando el gas a alta presión entra en el separador se golpea contra una pared desprendiéndose el aceite del gas.

Después entra en una cavidad donde el gas pierde velocidad para evitar que se lleve el aceite.

Se hace pasar el gas por otra cavidad en forma de malla, donde obligamos al gas a continuos cambios de dirección donde se acaba de desprender el aceite.

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VÁLVULA SOLENOIDE:

Las válvulas solenoides pueden ser de dos tipos, de vástago que se utilizan en válvulas pequeñas y algo antiguas y de membrana.

Todas tienen sentido de circulación, deben funcionar en posición horizontal con la bobina hacia arriba y su consumo eléctrico es muy pequeño.

Cuando la bobina de la solenoide no tiene tensión la válvula está cerrada mediante un muelle y la presión de alta que se queda en la parte superior.

Cuando excitamos la bobina hacemos subir el vástago y abre la válvula.

La bobina no hace ningún esfuerzo ya que no tienen que vencer ninguna presión.

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FILTRO DESHIDRATADOR:

La cantidad de humedad que puede haber en la instalación depende del tipo de refrigerante y de la temperatura de evaporación.

La cantidad máxima de humedad que son capaces de absorber los refrigerantes viene dada en "partes por millón" (ppm).

Para detectar la humedad se coloca un detector de humedad, el cual lleva un visor formado por sal de cobalto que es una substancia que tiene la particularidad que cambia de color al absorber humedad. A parte el visor nos permite ver la carga de refrigerante de la instalación.

Los nuevos refrigerantes son muy higroscópicos y absorben bastante humedad.

CFC: 12-25 ppm

HFC: 150 –300 ppm

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Existen básicamente dos tipos de filtro deshidratador:

Los que se descomponen, que son bastante absorbentes pero tienen el inconveniente que se descompone cuando se saturan.

Los que no se descomponen; (silicagel, etc), Estos cuando se saturan no se descomponen, simplemente no aceptan más humedad. Son los que más se emplean y tienen sentido de circulación.

Estos últimos tienen mayor capacidad filtrante cuando más baja es la temperatura.

En la línea de aspiración se suele colocar tamices moleculares, estos suelen ser cerámicos y los pasos de estos filtros es de 4Å (1Å = 1x10-7mm).

Gracias a este paso tan pequeño sólo absorbe moléculas de agua ya que las moléculas de refrigerantes son más grandes.

Para escoger un filtro se ha de tener en cuenta los siguientes cálculos:

Por ejemplo queremos emplear el R-22 para una equipo , este gas absorbe 1050ppm y nosotros deseamos conseguir 60ppm por kg de refrigerante, que en nuestro caso es de 10 kg.

Por lo tanto:

1050 –60 = 990ppm 990mgr agua/kg refrigerante. (1gr de agua son 20 gotas).

10kg x 990mgr = 9900mgr de agua.

Por lo tanto necesitamos un filtro de:

9900mgr x

10 gr x 20 = 200 gotas de agua.

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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.

VÁLVULA DE 4 VIAS:

La válvula inversora es un dispositivo capaz de provocar el cambio de la dirección del refrigerante de manera que el evaporador se convierte en condensador, y el condensador se convierte en evaporador, lo que completa una fase de ciclo invertido.

La válvula inversora actúa bajo la presión mandada por una válvula piloto cuando esta última recibe corriente a través de un dispositivo de conexión eléctrica.

La válvula está formada por dos partes principales, la válvula maestra que determina el camino seguido en el sistema por el refrigerante y una válvula piloto, cuya función es la de provocar la inversión de la posición de la compuerta que resbala en la válvula maestra.

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La válvula maestra tiene cuatro conexiones principales para las tuberías: De un lado está la acometida a la tubería de salida del compresor, que sigue en todo momento conservando esta función; diametralmente opuestas se encuentran tres conexiones, siendo las dos laterales las acometidas a los dos cambiadores de calor y la central, la que recibe la tubería de aspiración.

La compuerta interna deslizante está construida de tal manera que pone en comunicación uno u otro de los conductos laterales con la tubería de aspiración, al mismo tiempo que aísla con relación al lado de alta presión del conjunto.

Cuando queremos enfriar en el interior del local, el gas de la descarga penetra en la válvula maestra y sigue por el conducto inferior derecho para llegar al cambiador de calor exterior que actúa como condensador. El gas de aspiración que procede del evaporador, entra a través del conducto inferior izquierdo, y es canalizado por la compuerta deslizante hasta la salida central y la tubería de aspiración.

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La fase de calentamiento se producirá cuando la solenoide sea excitada, la fase de enfriamiento se interrumpirá y la de calentamiento empezará cuando la compuerta deslizante haya sido desplazada.

El movimiento de la compuerta deslizante obedece a la diferencia de presiones en las dos cámaras del pistón, proporcionando la fuerza motriz para la inversión. La diferencia de presión necesaria es creada por la válvula piloto.

El gas de salida fluye ahora a través del conducto inferior izquierdo hacia el evaporador que actúa como condensador mientras que la compuerta deslizante conecta el condensador que actúa como evaporador.

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Esta válvula se emplea en aire acondicionado para su utilización como bomba de calor y también para realizar los desescarches por gas caliente.

Estas válvula sólo funcionan si existe presión en el circuito sino no son capaces de cambiar de posición.

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 liquido se aísla una vez pasado el intercambiador. El condensador se sobredimensionaba.

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.

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REFRIGERANTESRefrigerante es cualquier cuerpo o substancia que actúa como agente de enfriamiento absorbiendo calor de otro cuerpo o sustancia.

Un refrigerante ideal a de cumplir las siguientes propiedades:

 

Ser químicamente inerte hasta el grado de no ser inflamable, ni tóxico, ni explosivo, tanto en estado puro como cuando esté mezclado con el aire en determinada proporción.

No reaccionar desfavorablemente con los aceites o materiales empleados en la construcción de los equipos frigoríficos.

No reaccionar desfavorablemente con la humedad, que a pesar de las precauciones que se toman, aparece en toda instalación.

Su naturaleza será tal que no contamine los productos almacenados en caso de fuga.

El refrigerante ha de poseer unas características físicas y térmicas que permitan la máxima capacidad de refrigeración con la mínima demanda de potencia.

La temperatura de descarga de cualquier refrigerante siempre disminuye a medida que baja la relación de compresión. Por lo tanto deseamos que la temperatura de descarga sea la más baja posible para alargar la vida del compresor.

El coeficiente de conductancia conviene que sea lo más elevado posible para reducir el tamaño y costo del equipo de transferencia de calor.

La relación presión-temperatura debe ser tal que la presión en el evaporador para la temperatura de trabajo sea superior a la atmosférica, para evitar la entrada de aire y de humedad en el sistema en caso de fuga.

Temperatura y presión crítica, lógicamente el punto de congelación deberá ser inferior a la temperatura mínima de trabajo.

Finalmente ha de ser de bajo precio y fácil disponibilidad.

 

Los refrigerantes son nombrados por un R y tres cifras:

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A la primera cifra se le suma 1 para obtener el número de átomos de carbono que contiene la molécula.

A la segunda se le resta 1 para obtener el número de átomos de Hidrógeno.

La tercera se refiere al número de átomos de fluor.

El resto de valencias, salvo que se indique lo contrario, quedan cubiertas con cloro.

Por ejemplo la fórmula del R-245 sería:

Carbono: 2+1=3 átomos

Hidrógeno: 4-1=3 átomos

Fluor: 5 átomos

El resto de valencias cubiertas con cloro no existen.

 

Cuando sólo aparezcan dos cifras se entiende que la primera no escrita será cero. Así tendríamos:

R-11

Carbono: 0+1= 1 átomo Cl

Hidrógeno: 1-1= 0 átomo Cl C F

Flúor: 1 átomo Cl

Resto: Cloro

 

Existen en la actualidad tres tipos de refrigerantes de la familia de los hidrocarburos halogenados:

CFC: (Flúor, Carbono, Cloro), Clorofluorocarbono totalmente halogenado, no contiene hidrógeno en su molécula química y por lo tanto es muy estable, esta estabilidad hace que permanezca durante largo tiempo en la atmósfera afectando seriamente la capa de ozono y es una de las causas del efecto invernadero.(R-11, R-12, R-115). Esta prohibida su fabricación desde 1995.

HCFC: (Hidrógeno, Carbono, Flúor, Cloro), Es similar al anterior pero con átomos de hidrógeno en su molécula. La presencia de Hidrógeno le confiere menos estabilidad, en consecuencia, se descompondrá en la parte inferior de la

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atmósfera y no llegará a la estratosfera. Posee un potencial reducido de destrucción de la capa de ozono. Su desaparición está prevista para el año 2015. (R-22)

HFC: (Hidrógeno, Flúor, Carbono), Es un Fluorocarbono sin cloro con átomos de hidrógeno sin potencial destructor del ozono dado que no contiene cloro. (R-134a, 141b).

Los nuevos refrigerantes (HFC) tenderán a sustituir a los CFC y HCFC:

USO O SERVICIO CFC/HCFC HFC

Limpieza R-11 R-141b

Temperatura media R-12 R-134a/R-409

Baja temperatura R-502 R-404/R-408

Aire Acondicionado R-22 R-407c

Los refrigerantes pueden ser puros o mezcla de diferentes gases, las mezclas pueden ser azeotrópicas o no azeotrópicas.

Las mezclas Azeotrópicas están formadas por tres componentes y se comportan como una molécula de refrigerante puro. Empiezan por 5 (R-500, R-502).

Las mezclas No Azeotrópicas están formado por varios componentes pero la mezcla no se comporta como una molécula de refrigerante puro. Por lo tanto la carga de refrigerante que funciona con estos gases se ha de realizar siempre por líquido ya que cada gas se comporta diferente en estado gaseoso. Empiezan por 4 (R-404, R-408, R-409). Aparte este tipo de mezclas tiene deslizamiento, lo que quiere decir que a la misma presión la temperatura es diferente si está en estado gaseoso o en estado líquido. Este deslizamiento puede ser desde 1º hasta 7ºC.

Estos gases no son tóxicos en estado normal pero desplazan el oxígeno produciendo asfixia. Cuando están es contacto con llamas o cuerpos incandescentes el gas se descompone dando productos altamente tóxicos y capaces de provocar efectos nocivos en pequeñas concentraciones y corta exposición.

Los refrigerantes que empiezan por 7, indican que son fluidos inorgánicos. Por ejemplo, el amoniaco (NH3) que se denomina R-717 o el R-744 que es el anhídrido carbónico (CO2), el R-764 es el anhídrido sulfuroso (SO2).

Los que empiezan por 6 son los isobutano como el R-600, se emplean en instalaciones domésticas. Son altamente inflamables.

 

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CARACTERISTICAS DEL R-12:

Era el que más se empleaba por su buen comportamiento en general hasta su prohibición.

Evapora –29.4ºC a presión atmosférica, era el más miscible con el aceite mineral, tenía una buena temperatura de descarga, admitía intercambiador de calor, se empleaban condensadores más pequeños.

El R-12 absorbía poca humedad y por lo tanto formaba poco ácido en comparación con los nuevos refrigerantes.

Las fugas se pueden detectar con lampara buscafugas.

CARACTERISTICAS DEL R-22:

Este refrigerante es del grupo de los HCFC, inicialmente estaba diseñado para aire acondicionado pero hasta hace poco se emplea para todo.

Evapora a –40,8ºC a presión atmosférica, es miscible con el aceite mineral y sintético pero en bajas temperaturas es recomendable utilizar separador de aceite.

Acepta poco recalentamiento ya que de lo contrario aumentaría demasiado la temperatura de descarga.

Absorbe 8 veces más humedad que el R-12.

Actualmente se prohibe su empleo en equipos e instalaciones nuevas excepto para equipos de aire acondicionado inferior a 100kw (ver calendario).

Las fugas también se pueden detectar con lampara.

CARACTERISTICAS DEL R-134a:

Pertenece al grupo de los HFC, al no tener cloro no son miscibles con los aceites minerales, sólo se emplea aceite base ESTER.

Evapora a –26ºC a presión atmosférica y es el sustituto definitivo para el R-12.

Los HFC son muy higroscópicos y absorben gran cantidad de humedad.

De los HFC el 134a es el único definitivo los demás se emplean para mezclas (R-125, R-143a, R-152a).

Se detectan las fugas mediante buscafugas electrónicos o con otros medios como colorantes o el jabón de "toda la vida".

Actualmente se comenta que los gases que pertenecen al grupo de los HFC agravan más el efecto invernadero y al recalentamiento del planeta que las

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emisiones de CO², de manera que nos plantea una gran duda, ¿Qué gases emplearemos en el futuro?.

 

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RECUPERACIÓN Y RECICLAJE DE REFRIGERANTES:

Cada día es más importante la recuperación y el reciclaje de los refrigerantes, para evitar las emisiones de gases afectan al medio ambiente.

Para eso se emplean unidades de recuperación que extraen el gas de la instalación, lo deshidratran y extraen el aceite. Después este gas se puede emplear otra vez o almacenarse para su destrucción en el caso de los CFC.

Estos equipos llevan un pequeño compresor hermético, normalmente rotativo, ademas de los separadores de aceite y los filtros separadores, cuando más grande más rapido extrae el refrigerante y más pesado.

ACEITES

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Los aceites para refrigeración deben de estar deshidratados, soportar temperaturas frías y no debe descomponerse

.

CARACTERÍSTICAS:

 

Viscosidad: Es la resistencia a fluir por un sitio, si es viscoso es que es muy denso, 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.

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Punto de floculación: Es la temperatura a la cual en el aceite, mezclado con refrigerante, aparecen granos de cera, 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 o oxígeno suelen crear ácidos, este índice nos indica la cantidad de ácido que es capaz de crear, es mejor cuando menor es este índice.

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

Por ejemplo características del SUNISO 365:

viscosidad: SSU –37,8º 150"

Índice de neutralización: 0,1

Rigidez dieléctrica: 25Kv

 

ACEITE MINERAL:

Se emplean con los CFC, HCFC, son muy miscibles y poco higroscópicos.

No son miscibles con los nuevos refrigerantes ya que estos arrastran el aceite y se acumula en el evaporador.

POLI-ALQUIL-GLICOL (PAG):

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):

Es miscible con todos los refrigerantes (CFC, HCFC, HFC), es miscible con el aceite mineral si no supera el 1% de este en la instalación 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.

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VACIO EN EL SISTEMAEl vacío se emplea en refrigeración para lograr la eliminación de gases no condensables y de la humedad.

 

La humedad se ha de eliminar para evitar que las válvulas de expansión o el tubo capilar se obstruyan por un tapón de hielo. También para evitar la posibilidad de oxidación, corrosión y deterioro del refrigerante y del aceite.

Los No-Condensables (O2, N2) se han de eliminar para evitar el aumento de presión de condensación y la oxidación de los materiales.

La relación entre el vacío y la humedad es muy simple, cuando más baja sea la presión obtenida, menos humedad y aire quedan en el sistema. Es más difícil eliminar agua en forma líquida de un sistema, que en forma gaseosa. 

El tiempo de vacío es función de:

a.) Volumen en m³/h de la bomba de vacío.

b.) El volumen de los tubos.

c.) El volumen del sistema y su tipo.

d.) Contenido de agua en el sistema.

Es fácil fijar a, b y c.

Una cosa muy importante es el hecho que se tarda 16 veces más para lograr el vacío en un nivel fijado si se usa un tubo de ¼ que si se usa un tubo de ½ y el doble de tiempo si el tubo mide 2m en lugar de 1m.

El contenido de humedad es el parámetro más variable que al mismo tiempo es el que influye más en el tiempo de vacío. La humedad depende de la temperatura ambiente, de las condiciones en las cuales fueron almacenados los componentes, del estado de la humedad (líquido o vapor).

 

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NIVELES DIFERENTES DE VACIO

La elección del nivel de vacío depende de: 

El tipo y la construcción del sistema.

El grado de impurezas.

El tiempo necesario para el vacío.

Se pueden obtener dos tipos de vacío:

0,05 – 0,1 mbar (alto vacío)

0,5 – 2mbar

Para lograr el primero se tarda mucho tiempo y por lo tanto no es muy frecuente pero es el que ofrece mayor seguridad.

El grado más frecuente de vacío está entre 0,5 y 2 mbar.

SELECCIÓN DE LA BOMBA DE VACIO

Las bombas de vacío se caracterizan por lo siguiente:

El vacío límite La velocidad de bombeo.

Las bombas de vacío son bombas rotatorias de paletas, están compuestas por una caja (estator) en el cual gira un rotor con ranuras que está fijado excéntricamente. Este rotor tiene paletas que son empujadas generalmente por la fuerza centrífuga o por muelles. Estas paletas se deslizan a lo largo de las paredes del estator y de esa manera empujan el aire que ha aspirado en la entrada, para finalmente expulsarlo a través del aceite por la válvula de salida.

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El contenido de aceite en estas bombas sirve de lubricante y de junta estanca, llena los huecos vacíos y ayuda a refrigerar la bomba.

Es importante cambiar el aceite de la bomba con regularidad ya que la humedad del circuito de refrigeración vuelve a aparecer en la bomba y provoca la oxidación de esta. Además no existe estanqueidad entre las paletas y el estator y el agua evapora en la cámara de vacío.

Las bombas de doble efecto alcanzan presiones más bajas que con bombas de simple efecto.

El tamaño de la bomba ha de ser el adecuado para el circuito. Una bomba demasiado grande puede hacer un vacío en muy poco tiempo, pero produce formación de hielo. Como que el hielo evapora muy lentamente, tenemos la impresión de que hemos obtenido el vacío deseado. Después de un cierto tiempo el hielo empezará a deshelar y evaporará, lo que aumenta la presión y en consecuencia encontraremos otra vez humedad en el circuito.

Con una bomba demasiado pequeña, el tiempo de evacuación será demasiado largo.

GAS BALLAST

Es el nombre técnico de un dispositivo que se usa en las bombas de vacío.

Su propósito es impedir que los vapores condensen dentro de la bomba durante la acción de descarga.

Los vapores bombeados sólo pueden ser comprimidos hasta su presión de vapor de saturación a la temperatura de la bomba. Si por ejemplo, sólo se bombea vapor de agua a 70ºC, solamente puede ser comprimido hasta 312mbar. Si se sigue comprimiendo, el vapor de agua se condensa sin que la presión aumente. No existe ninguna sobrepresión en la bomba de manera que no se abre la válvula de descarga y el agua se queda en la bomba y emulsiona con el aceite de la bomba. Como consecuencia, las características lubricantes

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del aceite se deterioran muy rápidamente y la bomba puede agarrotarse si contiene demasiada agua.

Con el gas Ballast antes de que empiece la compresión se deja entrar en la cámara de compresión el lastre de aire, que es una cantidad de aire exactamente regulada, justo la cantidad, que la compresión directa de la bomba haya disminuido a un máximo de 10:1. Ahora los vapores bombeados pueden ser comprimidos con gas ballast antes de que obtengan el punto de condensacián.

La presión parcial de los vapores de la bomba, de cualquier modo, no tendría que sobrepasar ciertos valores; ha de ser tan baja que con una sobrepresión con el factor 10, los vapores no puedan condensar a la temperatura de trabajo de la bomba. En el caso que se bombee sólo vapor de agua, este valor crítico se llama tolerancia del vapor de agua.

TEST DE CAIDA DE VACIO

Para realizar una prueba de vacío es necesario un vacuómetro colocado en el puente de manómetros.

Cuando se alcanza la presión de 30mbar se ha de continuar durante 10 o 20 minutos el proceso. Luego se cierra la válvula y se observa el vacuómetro. Si existe una pequeña fuga o si el sistema continúa húmedo, el indicador del medidor se moverá y de este modo indica una subida de presión en el sistema.

Si existe una fuga la presión seguirá subiendo indefinidamente. Si el sistema es estanco, la subida de la presión sólo puede ser por evaporación de vapor en el sistema. El agua continuará evaporándose en el sistema hasta que exista un equilibrio de vapor, a una presión ligeramente más alta que al comenzar el test. A ese punto, la lectura del vacuómetro se mantendrá estacionaria.

HIGROMETRIAEl aire normal es la mezcla de aire seco más vapor de agua.

 

Estados del vapor:

Vapor saturado: Es aquel que a una presión determinada le corresponde una temperatura, no admitiendo más evaporación. Los vapores saturados pueden ser secos y húmedos, según tengan o no líquido mezclado con el vapor.

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Vapor recalentado: Aquél que se encuentra a más temperatura que la correspondiente a su saturación, admitiendo más evaporación; también se le llama vapor no saturado.

Propiedades del vapor del agua:

El aire atmosférico tiene una cierta cantidad de vapor de agua, normalmente en estado de vapor sobrecalentado, a baja presión y baja temperatura.

Calor específico del vapor de agua:

Basándose en datos experimentales y en el campo del aire acondicionado, se ha adoptado como valor del calor específico del vapor del agua:

Cpv=0,46 Kc/KgºC

 

Ley de Dalton:

En cualquier mezcla mecánica de gases y vapores (aquellos que no se combinan químicamente):

Cada gas o vapor en la mezcla ejerce una presión parcial individual que es igual a la presión que ejercería si el sólo ocupara todo el espacio.

La presión total de la mezcla es igual a la suma de las presiones ejercidas por cada uno de los gases o vapores en particular.

El aire obedece a dicha ley ya que es una mezcla de gases y vapores.

La presión barométrica total es la suma de todas las presiones parciales ejercidas por los gases secos y por el vapor de agua.

Por lo tanto:

Patmosferica = Paire seco + Pvapor agua

Humedad específica:

La humedad específica es la cantidad de vapor de agua contenida en 1 Kg. de aire seco.

 

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Aire saturado:

Con esta expresión se quiere decir que el vapor de agua está saturado. Es decir que la presión parcial en la mezcla es igual a la presión de saturación correspondiente a la temperatura a la que se encuentra la mezcla.

Si a partir de este punto se aumenta la proporción de vapor de agua se llegará a la condensación o la formación de niebla.

Si por el contrario el aire está sobrecalentado, se podrá añadir más hasta llegar a la saturación.

Punto de rocío:

Si una mezcla de aire y vapor de agua es enfriada a presión constante, la temperatura a la que tendríamos vapor saturado es llamado punto de rocío. Dicha temperatura es evidentemente correspondiente a la presión parcial del vapor de agua de la mezcla.

 

Temperatura de bulbo húmedo y bulbo seco:

Es la temperatura que se determina con un termómetro (llamado de bulbo húmedo) que tiene el bulbo cubierto de una gasa empapada en agua.

Haciendo pasar el aire a una velocidad suficientemente elevada (siempre que el aire no esté saturado) se nota un descenso de la temperatura respecto a la indicada en un termómetro normal (de bulbo seco) y que es producida por la evaporación del aire.

 

Humedad en el aire:

El aire totalmente seco no existe pues siempre contiene vapor de agua.

El vapor del agua proviene de la evaporación parcial de las grandes masas de agua, (mares, ríos, lagos, etc.) su conocimiento es importante, ya que las variaciones de vapor de agua afectan sensiblemente al confort de las personas, o a las condiciones de los procesos industriales.

Humedad relativa y humedad absoluta:

La humedad del aire se puede indicar en forma absoluta y relativa.

 

Humedad absoluta(Ha):

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Es la cantidad de vapor de agua contenida en una unidad de volumen de aire. Se expresa en gr/m³.

Ha= mv/V

mv = masa de vapor de agua (gr)

V = volumen del aire (m³)

 

Humedad relativa(Hr):

Es la relación entre la cantidad de vapor de agua que tiene una determinada masa de aire y la que tendría si estuviese saturado de humedad a la misma temperatura.

Hr= mv/mvs

mv = masa de vapor que contiene el aire.

mvs = masa de vapor que contendría si estuviera saturado.

 

Psicrometros:

Están formados por dos termómetros, uno seco y otro húmedo.

El termómetro húmedo se encuentra rodeado por una gasa humedecida permanentemente, al estar parte de la misma sumidera en agua.

La determinación de la humedad relativa del aire se realiza de la siguiente manera:

La gasa que rodea al termómetro húmedo al evaporar parte del agua que contiene, provoca un descenso de temperatura en el termómetro, ya que para evaporarse un líquido necesita absorber calor, calor que recoge del que tiene el propio bulbo, haciendo que este se enfríe.

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Una vez conocidas las temperaturas TS (termómetro seco) y TH (termómetro húmedo) se puede determinar la humedad relativa con el diagrama psicrométrico.

Diagrama psicrométrico:

Existen varias formas de relacionar la temperatura con la humedad, entre ellas tenemos el Diagrama Psicrométrico, con el cual podemos ver la humedad relativa, cantidad de agua, etc.

La escala horizontal, está constituida por los valores de la temperatura que encontramos en un termómetro cualquiera.

Todas las líneas verticales se denominan ºC, esa temperatura, estarán en cualquier punto de la línea vertical que corresponda a 25ºC.

La escala de la derecha indica el contenido de agua, y lo mismo que decíamos en el caso anterior, si tomamos por ejemplo 10 gramos, los 10 gramos estarán en cualquier punto de la recta horizontal correspondiente.

Simplemente con esta parte del gráfico podemos ver algunas propiedades del aire.

Por ejemplo, según el gráfico el aire se ºC y 10gr).

Supongamos que este aire es enfriado a 20ºC (sólo disminuye la temperatura), la cantidad de agua sigue la misma, luego ahora estará el aire en el punto 20ºC y 10gr.

Si seguimos enfriando el aire hasta dejarlo a 14ºC seguiremos disminuyendo sólo la temperatura, pero la cantidad de agua es la misma (10gr), pero observamos que en ese punto hemos llegado al final del gráfico en la línea 14ºc y 10gr. Lo que indica que en ese punto se encuentra el aire con la máxima humedad que admite en esas condiciones, si lo seguimos enfriando por debajo de los 14ºC el vapor de agua que contiene el aire empezará a condensarse ya que el aire a menor temperatura no puede contener tanta cantidad de humedad.

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Si lo enfriamos a 10ºc descenderíamos desde el punto 14ºC 10gr por el borde del gráfico hasta encontrar la temperatura deseada 10ºc y observamos que estamos en la línea horizontal correspondiente a 7,7gr y si lo seguimos enfriando hasta dejarlo a 5ºC seguiremos descendiendo, por el borde del gráfico y nos encontramos con la línea de contenido de agua de 5,5gr.

El aire queda saturado de humedad pero con menos gramos de agua por kilo de aire, el resto se ha condensado.

La línea que une todos los puntos de saturación del gráfico se denomina punto de rocío o temperatura de saturación.

Con el gráfico podemos determinar la humedad relativa sin necesidad de hacer cálculos:

El gráfico dispone de unas curvas que se parecen a la línea de saturación y que corresponden a cada tanto por ciento de humedad.

De esta forma podemos, conocida la humedad relativa, conocer los gramos de agua o viceversa, como ejemplo verá qué humedad relativa corresponde a las temperaturas del ejemplo anterior 25ºC 10gr.

Buscando en el gráfico la intersección de las líneas tendremos 50% Hr y cuando lo enfriamos a 20ºC teníamos 67% Hr, y le seguíamos enfriando hasta 14ºC y teníamos 100% Hr hasta los 5ºC.

Si partimos de 25ºC 10gr 50% y calentamos el aire hasta 35ºC 10gr, obtenemos un Hr del 28%.

De estas pruebas deducimos:

 

Al enfriar el aire aumenta el % de Hr.

Al calentar el aire disminuye el % de Hr.

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Ahora vamos a incluir en el ábaco la temperatura de bulbo húmedo.

Supongamos que tenemos 1 kg de aire a una temperatura de B.S. de 24ºC y 8,5gr de agua. Si pudiéramos saturar completamente el aire, aumentando los gramos de vapor de agua, su temperatura disminuirá, pues las gotas de agua para vaporizarse necesitan calor y lo recogen del mismo aire haciéndolo descender de temperatura.

Imaginemos que su temperatura hubiera descendido hasta aproximadamente 16,4ºC y a esa temperatura el aire saturado contendría 11,6 gr de agua.

A la temperatura del aire saturado se le denomina TBH en este caso la TBS es 24ºC, TBH 16,4ºC y el contenido de agua de 8,5gr.

Las líneas del BH aparecen en forma diagonal.

Otra propiedad a tener en cuenta es el volumen específico, que representa el volumen que ocupa la mezcla de aire y vapor de agua a una determinada temperatura en metros cúbicos por kilo.

Por ejemplo, un kilogramo de aire a 24ºC (B.S.) ocupa aproximadamente 0,84m³ a la presión atmosférica.

Si se calienta a 35ºC este mismo kilo de aire ocupará un mayor volumen, o sea 0,87 m³.

Pero si se enfría a 13ºC este kilo de aire ocuparía sólo 0,81 m³.

Las líneas de los volúmenes específicos aparecen en el gráfico como líneas oblicuas.

Otra propiedad muy útil es la llamada entalpía o contenido total del calor en la mezcla de aire humedad.

El uso de la entalpía permite determinar el calor añadido o quitado al aire en cualquier proceso.

Las líneas de entalpía aparecen casi sobrepuestas a las líneas de B.H.

Por ejemplo un aire a 25ºC de B.S. y 15ºC de B.H. y con un contenido de agua de 6,5 gramos, en ese punto el aire tendrá la entalpía de 10Kcal/kilo de aire.

Introducción

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El trabajo de una planta de refrigeración es enfriar artículos o productos y mantenerlos a una temperatura más baja que la temperatura ambiente. La refrigeración se puede definir como un proceso que saca y transporta el calor.

Los más viejos y mejores refrigerantes conocidos son el hielo, el agua y el aire. Al principio, el único propósito de la refrigeración fue conservar alimentos. Los chinos fueron los primeros en descubrir que el hielo aumentaba la vida y mejoraba el gusto de las bebidas y durante los siglos los esquimales han conservado alimentos congelándolos.

 

A principios de este siglo fueron conocidos los términos tales como bacterias, fermentación, enmohecimiento, encimas... También se descubrió que el aumento de microorganismos es dependiente de la temperatura y que este crecimiento disminuye cuando la temperatura desciende y que el crecimiento empieza a ser muy bajo a temperaturas por debajo de +l0ºC.

Como consecuencia de este conocimiento fue entonces posible el use de la refrigeración para conservar productos alimenticios y el hielo se empezó a usar para este propósito.

La electricidad empezó a jugar su papel al principio de este siglo y las plantas mecánicas de refrigeración empezaron a ser comunes en muchos campos: Por ejemplo, cervecerías, mataderos, pescaderías y fabricación de hielo.

La electricidad empezó a jugar su papel al principio de este siglo y las plantas mecánicas de refrigeración empezaron a ser comunes en muchos campos: Por ejemplo, cervecerías, mataderos, pescaderías y fabricación de hielo.

Después de la segunda Guerra Mundial el desarrollo de los pequeños compresores herméticos adquirió una seria reputación y los refrigeradores y congeladores empezaron a utilizarse en los hogares.Hoy día estas aplicaciones son estimadas como necesidades normales de un hogar.

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Ahora hay numerosas aplicaciones para plantas de refrigeración: Como ejemplos tenemos:

Conservación de productos alimenticios Procesos de refrigeración Plantas de aire acondicionado Plantas secadoras Instalación de enfriamiento de agua Contenedores refrigerados Bombas de calor Fábricas de hielo Liofilización

De hecho es difícil imaginar la vida sin refrigeración y congelación, este impacto en nuestra existencia es mucho más grande que lo que la gente se imagina.

El Sistema Si

A nivel internacional se ha conseguido un acuerdo de usar en el futuro el sistema Si (Sistema Internacional de unidades) como sustitución del sistema métrico.

 Designación  Sistema métrico  Sistema Si Temperatura °C °K °C

Fuerza kilopound Newton

 PresiónAtmosf/Atmosf. abs

Atmosf manum. mm Hg.Pascalbar. 

 Trabajo kpm, kcal  Julio Potencia hp, kcal/h  Watt Entalpía kcal/kg  Julio/kg 

Pasará algún tiempo antes de que este sistema sea generalmente incorporado en la industria de refrigeración, pero a causa de que muchos países industrializados por su

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legislación trabajan con este sistema es necesario para cada uno de nosotros empezar a acostumbrarnos día a día al uso de las unidades Si.

Para facilitar la transición del sistema métrico al sistema Si Danfoss en el momento presente sigue utilizando el sistema métrico, pero al lado de ellas pone entre paréntesis las medidas equivalentes al sistema Si. Por ejemplo este método se sigue en estos apuntes.

Presión

Cuando una fuerza se aplica a una superficie el efecto producido depende del tamaño de ésta superficie. Como un ejemplo demostrativo, un hombre que tenga colocados unos esquís puede estar de pie sobre la nieve, sin ellos se hunde. Esto quiere decir que los esquís distribuye el peso del hombre sobre su gran superficie de tal forma que su peso por unidad de la superficie de la nieve es menor.

 

La presión se define como la relación entre la fuerza ejercida y el tamaño del área. Esto se mide en diferentes unidades dependiendo del propósito de la medida. De estas unidades el Kg/cm2 es en el sistema métrico la más común. Esta unidad es a menudo abreviada en "atm" que define una atmósfera técnica.

Normalmente la presión de aire es de 1,033 Kg/cm2 y se le llama atmósfera física, el término abreviado es "atm". Diferentes denominaciones de presión se obtendrán dependiendo del punto cero que se escoja.

Si se usa el cero absoluto entonces la denominación será "ata" de donde la "a" indica absoluta. Esta unidad es la que más frecuentemente se utiliza en refrigeración, sin embargo a menudo puede verse "ato" en los manómetros. "Ato" es válido para sobrepresiones referidas a la atmósfera física. Entonces el punto cero corresponde a 1 atm. Y 1,033 ata.

Otra unidad de medida de presión que frecuentemente podemos encontrar es la de mm. Columna de mercurio. La presión de aire corresponde a 760 mm. Hg. a lo que corresponde también 1 atmósfera y 1,033 ata.

Finalmente en relación con las bombas de circulación de agua se encuentra la denominación "metro de agua". La abreviación es m.c.a y 10 m.c.a corresponden a 1 ata, 10,33 m. c. a. a 1 atm

La unidad de presión en el sistema Si es el Newton/m2, también llamado Pascal (Pa). De aquí que ésta unidad representa un valor muy pequeño referido a presión, por ejemplo, en refrigeración, la unidad 1 bar = 105 Pa se usa en vez del Pascal. Afortunadamente, 1 atm = 0,9807 bar ˜1 bar, esto hace que en la práctica es a menudo posible utilizar las mismas unidades de presión tanto en el sistema Si ó en el sistema métrico.

Calor

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La unidad de calor en el sistema métrico es la caloría (Cal) la cual se define como el aumento de calor necesario para aumentar la temperatura de 1 gramo de agua de 15°C a 16°C. En refrigeración es muy normal el use de la kilocaloría (KCal) lo que es igual a 1.000 calorias.

En el sistema Si la unidad para todas las formas de trabajo, incluyendo el calor es el julio (J). La conversión del sistema métrico al sistema Si:

1 cal = 4,187 J

1 kcal = 4,187 kJ

 

Hay una gran diferencia en la cantidad de calor que se necesita para aumentar la temperatura de distintas sustancias en 1°C.; 1 Kg. de hierro necesita 0,114 KCal, por otra parte 1 Kg. de aire necesita 0,24 KCal. E1 calor especifico de una sustancia es el aumento de calor que requiere 1 Kg. de este cuerpo para incrementar en 1° C su temperatura. E1 calor especifico de diferentes cuerpos se pueden encontrar en tablas y viene dado en KCal/Kg°C (KJ/KG°C).

Cambios de estado

Cada sustancia puede existir en tres formas diferentes: Sólida, líquida y gaseosa. E1 agua es el ejemplo más natural. E1 estado líquido es el agua que nos rodea por todas partes y en forma de gas es el vapor de agua. Y en estado sólido es el hielo. Lo común a estas tres condiciones es que las moléculas permanecen sin cambios. Por esto el hielo, el agua y el vapor tienen la misma fórmula química H20.

La temperatura y la presión a que está expuesta una sustancia, determina si está en forma sólida, liquida o gaseosa. La temperatura a la cual una sustancia sólida se convierte en líquido se llama punto de fusión. Durante la fusión la temperatura de la sustancia no cambia, todo el calor aplicado se emplea en cambiar la sustancia de sólida a líquida. Solo cuando la sustancia se ha fusionado si se aplica un calor adicional su temperatura ulteriormente se elevará. Sustancias diferentes tienen distintos puntos de fusión, el chocolate se funde a 26°C.

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Aquí una nevera puede darse como ejemplo. Se coloca hielo y se dice si el hielo esta a -10°C rápidamente empieza a calentarse hasta llegar a 0°C porque el hielo toma calor de las paredes que le rodean y de los alimentos que hay dentro de la nevera etc. entonces el hielo comenzará a fundirse y durante este tiempo la temperatura permanecerá constante a OºC. Si no se añade de nuevo hielo, la fusión se irá gradualmente completando y el agua procedente del hielo se recogerá en una bandeja que hay en la parte baja de la nevera. La temperatura de la nevera se elevará hasta alcanzar la temperatura exterior.

La cantidad de calor que necesariamente se aplica mientras que el proceso de fusión se lleva a cabo, es conocido come calor de fusión.El conocimiento del proceso que se lleva a cabo durante el cambio de estado de una sustancia es importante en la refrigeración a causa de que:

  El cambio de estado se realiza a temperatura constante. El cambio del estado implica un aumento grande de calor

por Kg. de sustancia.

Calor de evaporación

Dado que las características del agua son fáciles de observar y dado que el agua es el mejor refrigerante, esto ha determinado utilizarlo como ejemplo, en esta sección.

   

Cuando el agua se calienta, su temperatura se eleva proporcionalmente hasta que empieza a hervir, su punto de ebullición depende de la presión que se ejerza sobre el agua. En un recipiente abierto y la presión atmosférica normal y al nivel del mar 760 mm. de columna de mercurio el agua hierve a 100°C.

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Si la presión desciende por debajo de la presión atmosférica, el punto de ebullición será más bajo que 100°C.

Por ejemplo a una presión de 531 mm. HG (equivalente a 3000 m. por encima del nivel del mar) el punto de ebullición del agua es de 89°C.

En un recipiente cerrado, el punto de ebullición es determinado por la presión del vapor. Si la presión es superior a 760 mm. HG el punto de ebullición será mayor de 100°C. Por ejemplo, el punto de ebullición del agua es de 120°C, cuando la presión es 1.atm y 183° cuando la presión es de 10 atmósferas. Este principio se usa en las ollas a presión.

E1 agua en su punto de ebullición se le llama también líquido. saturado y consecuentemente, el punto de ebullición es también conocido como temperatura de saturación. A cualquier presión dada, le corresponde un punto de ebullición o una temperatura de saturación y los valores para el agua se contienen en la tabla que se da a continuación:

 Presión  Temperatura  Presión  Temperatura ata  °C  bar  °C 0,2  60  2,0  120 0,4  75  4,0  143 0,6  86  6,0  158 0,8  93  8,0  170 1,0  99  10,0  179

La cantidad de energia suministrada para llevar a un líquido a su punto de ebullición y que se evapore, se llama calor de evaporación la presión atmosférica (760 mm. de Hg), la cantidad de energía requerida para evaporar 1 Kg. de agua a 100°C y convertirlo en vapor a 100°C de temperatura es de 539 KCal. (2.260 KJ). En el caso del agua, se forma un Kg. de vapor saturado seco. Si solo se aplica una pequeña cantidad de calor solo parte del líquido se evapora y el resultado será una mezcla consistente en líquido saturado y vapor saturado.

E1 calor de evaporación se llama también calor latente, puesto que es el calor que hay que aplicar a un cuerpo para que cambie de estado sin que cambie su temperatura. Por otra parte, el calor sensible es el aplicado o tomado de un cuerpo, el cual está a una temperatura situada por encima o por debajo del punto de ebullición o del punto de fusión.

Recalentamiento

Si se aplica calor a un vapor saturado, el resultado será vapor recalentado, el calor aplicado se llama calor de recalentamiento. De aqui cuando se realiza un cambio de estado, el calor sensible entra en juego y él es la causa que el vapor incremente de temperature. E1 calor especifíco de un cuerpo cambia cuando pasa del estado líquido al estado gaseoso, por ejemplo solo se necesita 0,45 KCal. (1,9 KJ) pare calentar 1 Kg. de vapor un grado centigrado, pare obtener el mismo incremento de temperature en el ague se necesita 1 KCal. (4.187 KJ).

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El proceso de condensación

El contrario de un cambio de estado de líquido a vapor. Es un proceso llamado de condensación (Precipitación). En vez de aplicar una cierta cantidad de calor es necesario sacar del cuerpo la misma cantidad para convertir el vapor en líquido. De nuevo la presión determine la temperatura a la cual la condensación se realize.

Diagrama Temperatura/Entalpia

 

Las características de un cuerpo se pueden ver en un diagrama temperature/entalpia. Las entalpias se representan en la abcisa y las temperaturas en las ordenadas. La entalpia frecuentemente se define como el calor total contenido en un cuerpo y es la suma de la energia aplicada a este cuerpo. Para clarificar conceptos se ha tomado como ejemplo agua a la presión atmosférica.

El diagrama comienza con ague a 0°C de aquí que la entalpia es tambíén 0(KCal/Kg. de agua). La aplicación de calor sensible produce un cambio de A a B (Temperatura de evaporación del agua). La diferencia entre A y B es que la temperature alcanza 100°C. Como anteriormente se dijo, cada 1ºC de aumento de temperatura requiere 1 KCal (4,187 KJ) de aqui que el calor total que necesariamente se ha aplicado, aqui es de 100 KCal., por tanto, el contenido de calor o calor total que es igual a la entalpia es de 100 KCal./Kg. de agua.(418,7 J/Kg.).

La línea B-C corresponde al calor latente (calor de evaporación que es el calor que se necesita para transformar 1 Kg. de agua (punto B) en vapor saturado seco (punto C). El calor de evaporación del agua a la presión atmosférica, como anteriormente se dijo es de 539 KCal./Kg. de agua y como la entalpia o calor total es la suma del calor aplicado, será 100+539 = 639 KCal./Kg. de agua. Es importante resaltar que no se produce incremento de temperatura entre los puntos B y C.

La línea C-D muestra el efecto de aplicación de calor sensible al vapor, es decir el recalentamiento. El calor especifico del vapor de agua, se dijo anteriomente que era de 0,45 KCal./Kg. (1,88 KJ/Kg.) En el ejemplo se muestra una elevación de temperatura en el vapor de 20° C y por tanto, el calor aplicado es de 20x0,45 = 9 KCal./Kg. La entalpia o calor total como es la suma de los calores aplicados será en el punto D. Igual a 639+9 = 648 KCal./Kg.

Diagrama Presión/Entalpia

Como anteriomente se explicó la relación temperature/entalpia, es dependiente de la presión y en el punto 2.8. se explicó un diagrama en el cual se utilizaba el agua como ejemplo, sin embargo para poder mostrar las características temperatura/entalpia de cualquier medio que se utilice, hay que construir diagramas para todas las presiones posibles. Esto como se comprende es muy poco práctico, y, por tanto, se utiliza un diagrama presión/entalpia, en vez de temperatura/entalpia. Este diagrama presión/entalpia, se muestra en la figura siguiente. La presión se encuentra en la ordenada, y es como una regla graduada de acuerdo a una escala logararítmica. En

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refrigeración es necesario trabajar con diferentes presiones y temperaturas y este diagrama ofrece un camino práctico de determinar graficamente los cambios de energia de una planta de refrigeración.

Circuito Refrigerante

Los terminos físicos del proceso de refrigeración han sido tratados con anterioridad, sin embargo por razones prácticas el agua no se usa como refrigerante.

Un circuito simple de refrigeración se construye como muestran los dibujos que siguen. En cada uno de ellos se describen los componentes individuales para aclarar el conjunto final:

Evaporador

Un refrigerante en forma líquida absorverá calor cuando se evapore, y este cambio de estado produce un enfriamiento en un proceso de refrigeración. Si a un refrigerante a la misma temperatura que la del ambiente se le permite expansionarse a través de una boquilla con una salida a la atmosfera, el calor lo tomará del aire que lo rodea y la evaporación se_llevará a cabo a una temperatura que corresponderá a la presión atmosférica.

Si por cualquier circunstancia, se cambia la presión de la salida (presión atmosférica) se obtendrá una temperatura diferente de evaporación.

El elemento donde esto se lleva a cabo es el evaporador cuyo trabajo es sacar calor de sus alrededores y asi producir una refrigeración.

Compresor 

El proceso de refrigeración implica un circuito cerrado. A1 refrigerante no se le deja expansionar al afire libre.

Cuando el refrigerante va hacia el evaporador este es alimentado por un tanque. La presión en el tanque será alta, hasta que su presión se iguale a la del evaporador. Por esto la circulación del refrigerante cesará y la temperatura tanto en el tanque como en el evaporador se elevará gradualmente hasta alcanzar la temperatura ambiente.

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Para mantener una presión menor y con esto una temperatura más baja, es necesario sacar el vapor del evaporador. Esto lo realiza el compresor el cual aspira vapor del evaporador. En términos sencillos, el compresor se puede comparar a una bomba que transporta vapor en el circuito del refrigerante.

En un circuito cerrado a la larga prevalece una condición de equilibrio. Para ampliar más este concepto tenemos que ver si el compresor aspira vapor más rapidamente, que el que se puede formar en el evaporador, la presión descenderá y con esto la temperatura en el evaporador. Por el contrario, si la carga en el evaporador se eleva el refrigerante se evaporará más rapidamente lo que producirá una mayor presión y por esto una mayor temperatura en el evaporador.

El compresor, forma de trabajo

El refrigerante sale del evaporador, o bien como vapor saturado o ligeramente recalentado y entra en el compresor donde es comprimido. La compresión se realiza igual que en un motor de explosión, esto es por el movimiento de un pistón.

El compresor necesita una energia y produce un trabajo. Este  trabajo es transferido al vapor refrigerante y se le llama trabajo de compresión.

A causa de este trabajo de compresión, el vapor sale del compresor a una presión distinta y la energía extra aplicada produce un fuerte recalentamiento del vapor.

El trabajo de compresión depende de la presión y temperatura de la planta. Más trabajo, por supuesto requiere comprimir 1 Kg. de gas a 10 At (~bar) que comprimir la misma cantidad a 5 At. (~bar).

Condensador 

El refrigerante deja su calor en el condensador y el calor es tranferido a un medio que se encuentra a más baja temperature. La cantidad de calor que suelta el refrigerante es el absorvido en el evaporador mas el calor recibido por el trabajo de compresión.

El calor se transfiere a un medio que puede ser aire ó agua, el único requisito es que su temperature sea más baja que la correspondiente a la presión de condensación del refrigerante. El proceso en el condensador de otra manera se puede comparar con el proceso en el evaporador, excepto que tiene el "signo" opuesto, es por consiguiente el cambio de estado de vapor a líquido.

Proceso de expansión

El líquido procedente del condensador penetra en un tanque colector, el recipiente. Este tanque se puede comparar al mencionado en el punto 3.1. al hablar del evaporador.

La presión en el recipiente es más alta que la presión en el evaporador a causa de la compresión (incremento de presión) que se lleva a cabo en el compresor. Para disminuir la presión, al mismo nivel del evaporador hay que colocar un dispositívo que lleve a cabo este proceso el cual se llama de estrangulación o expansion, por lo que este dispositivo es conocido por dispositívo de estrangulación o dispositívo de expansión.

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Normalmente se utiliza una válvula llamada por tanto válvula de estrangulación o válvula de expansión.

Delante de la válvula de expansión el fluído estará a una temperatura por encima del punto de ebullición. Al reducirle rapidamente su presión se producirá un cambio de estado, el líquido empezará a hervir y a evaporarse. La cooperación se lleva a cabo en el evaporador y así se completa el circuito.

Lados de alta y baja presión en una planta de refrigeración

Hay muchas temperaturas diferentes implicadas en el funcionamiento de una planta de refrigeración. De aqui que hay diferentes cosas como líquido subenfriado, líquido saturado, vapor saturado y vapor recalentado. En principio, sin embargo solo hay dos presiones: presión de cooperación y presión de condensación. Las plantas entonces se pueden dividir en Lado de alta presión y Lado de baja presión tal como se muestra en la figura siguiente.

Proceso de Refrigeración. Diagrama presión/entalpia

El refrigerante condensado que se encuentra en el recipiente, está en condición A que está situada sobre la línea del punto de ebullición del líquido. El liquido tiene de este modo una temperatura tk (temperatura de condensación), y una presión pk (presión de condensación) y una entalpia ho.

Cuando el líquido pasa a través de la válvula de expansión su estado cambia de A a B. Este cambio de estado se efectua por la ebullición del líquido a causa de la caída de presión hasta po. Al mismo tiempo, se produce un punto más bajo de ebullición del líquido to como consecuencia de la caida de presión.

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En la válvula, el calor ni se aplica ni se disipa, por eso la entalpia es ho.

A la entrada del evaporador hay una mezcla de vapor y líquido mientras que en la salida del evaporador punto C, el vapor es saturado. La presión y la temperatura son las mismas que las del punto B pero como el evaporador ha absorvido el calor de sus alrededores, la entalpia ha cambiado a h1.

Cuando el vapor pasa a través del compresor sus condiciones cambian de C a D. La presión se eleva a la presión de condensación pk.

La temperatura se eleva a tov que es más alta que la temperatura de condensación tk, como consecuencia de que el vapor ha sido fuertemente recalentado. Más energia en forma de calor le ha sido también introducido y por consiguiente la entalpia cambia a h2.

A la entrada del condensador punto D, la condición por tanto, es de la de un vapor recalentado a la presión pk., el calor es evacuado por el condensador a sus alrededores y por ésta razón la entalpia de nuevo cambia a la del punto A. Lo primero que sucede en el condensador es un cambio de un vapor fuertemente recalentado a un vapor saturado (punto E) y luego una condensación de éste vapor. Del punto E al punto A, la temperatura (temperatura de condensación) permanece la misma puesto que la condensación y la evaporación se efectuan a temperature constante.

En la práctica el proceso de refrigeración aparecerá ligeramente diferente al diagrama presión entalpia. A causa de un pequeño recalentamiento del vapor que procede del evaporador y la temperatura del líquido antes de la válvula de expansión se subenfria debilmente a causa del intercambio de calor que se produce a su alrededor.

Refrigerantes

Necesidades generales

A lo largo del examen del proceso de refrigeración, la cuestión de los refrigerantes no se ha tratado a causa de que no es necesario hacerlo en conexión con los principios físicos básicos del cambio de estado de los cuerpos.

Es bien conocido sin embargo que en la práctica son usados diferentes refrigerantes de acuerdo con sus aplicaciones y necesidades. Los factores más importantes son los siguientes:

El refrigerante no debe ser venenoso. Cuando esto es imposible, el refrigerante necesariamente ha de tener un olor característico o forzosamente ha de poseer un colorante de tal forma que cualquier fuga pueda observarse rapidamente.

El refrigerante no debe ser inflamable o explosivo. Cuando ésta condición no se cumpla han de observarse las mismas precauciones que se indican en el punto primero.

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El refrigerante debe tener una presión razonable, preferentemente un poco más alta que la presión atmosférica a la temperatura requerida que debe mantenerse en el evaporador.

Para evitar un pesado diseño de la planta de refrigeración la presión a la que corresponda una condensación normal no debe ser demasiado alta.

Se requiere en el refrigerante un calor de evaporación relativamente alto para que la transmisión de calor se lleve a cabo con el mínimo posible de refrigerante en circulación.

El vapor no debe tener un vólumen especifico demasiado alto puesto que esto es determinante de la carrera del compresor a una determinada producción de frio.

El refrigerante necesariamente ha de ser estable a las temperaturas y presiones normales en una planta de refrigeración.

El refrigerante no debe ser corrosivo y necesariamente tanto en forma líquida o vapor no atacará a los materiales normales de diseño en una planta frigorífica.

El refrigerante necesariamente no debe destruir al aceite de lubricación. El refrigerante necesariamente ha de ser facil. de adquirir y manipular.

El refrigerante no ha de costar demasiado.

Refrigerantes fluorados

Los refrigerantes fluorados siempre llevan la designación "R" seguido de un número, por ejempo: R11, R122 R22 y R502. Muy a menudo también se emplean sus nombres comerciales.

Los refrigerantes fluorados todos tienen las siguientes características:

Vapor sin olor y no es irritante. No son venenosos, excepto en presencia del fuego pueden dar ácido y fosgeno

que son venenosos. No son corrosives. No son inflamables ni explosivos.

Los refrigerantes fluorados más comunes son:

R11, Es el que más se usa en instalaciones de Aire Acondicionado y bombas de calor porque tiene un punto de ebullición relativamente alto: +24°C. Su fórmula química es: CC13F.

R 12, Al igual que el R11 es un componente químico de grupo metano. Su fórmula es: C C12F2 , y tiene su punto de ebullición a -30°C. El R12 normalmente se usa en pequeñas plantas de refrigeración a causa de entre otras cosas, que calor de evaporación de la cantidad de refrigerante en circulación es relativamente pequeño.

R 22. Es el refrigerante que se usa en plantas de congelación donde se necesitan más bajas temperaturas. Su punto de ebullición es de -41°C. E1 valor de evaporación de la cantidad de refrigerante en circulación es mejor que el del R12. Su fórmula química CHF2C1.

R 502. Es una mezcla azotrópica de los refrigerantes R22 y R115 (CCLF2CF3).

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La palabra azotrópica significa que el refrigerante se encontrará en la misma concentración sobre toda la planta completa. El punto de ebullición es aún más bajo qué el del R22 es decir -46°C.

Además de estos refrigerantes fluorados, hay una larga serie de otros que no se ven amenudo hoy: R12B1., R13 R13B1, R114, R115, R500.

Amoniáco NH3

El amoniáco NH3  es usado normalmente en grandes plantas de refrigeración. Su punto de ebullición es de -33°C.

El amoniáco tiene un olor caracterísitico incluso en pequeñas concentraciones con el aire. No arde, pero es explosivo cuando se mezcla con el aire en un porcentaje en vólumen de 13-28 .

Es corrosivo el cobre y aleaciones de cobre no se pueden emplear en plantar de amoniáco.

Refrigerantes secundarios

Los refrigerantes mencionados más arriba se designan a menudo como "Refrigerantes primarios". Como medio de la transmisión del color del evaporador a su alrededor se emplean los llamados "refrigerantes secundarios". Se puede usar por ejemplo: agua, salmuera y afire.

Componentes principales de la planta de refrigeración

Compressor

El trabajo del compresor es aspirar el vapor del evaporador y forzarlo a entrar en el condensador. El tipo más común es el compresor de pistón, pero otros tipos también se empléan por ejemplo compresores centrifugos y compresores de tornillo.

El compresor de pistón cubre una gran gama de capacidades desde los compresores monocilíndricos de los refrigeradores domésticos hasta modelos de 8 y 10 cilindros con un gran vólumen de aspiración para aplicaciones industriales.

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Para pequeñas aplicaciones se usa el compresor hermético. En estos aparatos, el compresor y motor son montados juntos en una completa unidad hermética.

Para grandes plantas, el compresor más común, es el compresor semi-hermético. Su ventaja es que se elimina el prensa que en compresores que antes lo tenian habia dificultad en eliminar las fugas cuando estas aparecían en los prensas. Sin embargo, este modelo semi-hermético no se puede utilizar en plantas de amoniaco a causa de que este refrigerante ataca el devanado de los motores.

Los compresores para muy grandes plantas de freon y amoniaro se les denomina compresores abiertos, es decir con el motor fuera del compresor. La trasmisión del motor al compresor puede hacerse directamente a través del eje del cigueñal o por correas trapezoidales.

Para aplicaciones muy especiales hay compresores sin aceite de lubrificación. Pero normalmente es necesario la lubrificación de los cojinetes de bolas y las paredes de los cilindros. En los grandes compresores de refrigeración, el aceite de lubrificación es puesto en circulación por una bomba.

Condensador

El proposito de el condensador es sacar del gas el calor, que es igual a la suma del calor absorvido en el evaporador más el calor producido por la compresión. Hay muchas clases diferentes de condensadores.

Condensador multitubular (Shell and tube condenser). Este tipo de condensador se utiliza en plantas donde se dispone de suficiente agua. Consiste en un cilindro horizontal con dos placas de tubo soldadas en sus extremos, las cuales soportan los tubos de enfriamiento. Los extremos se cubren por dos tapas normalmente atornilladas.

El refrigerante a condensar circula a través del cilindro y el agua de enfriamiento por dentro de los tubos. Las tapas de los extremos estan divididas en secciones por medio de

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unos diafragmas. Estas secciones forman cámaras de tal manera que el agua circula varias veces a través del condensador. Como regla se dice que el agua ha de calentarse entre 5-10°C,cuando a pasado a través del condensador.

Si se desea o es necesario reducir el consumo de aqua hay que utilizar como sustitución al anterior un condensador evaporativo. Este tipo de condensador consiste en un envolvente en el que hay una bateria de condensación, tubos de distribución de agua, placas deflectoras y ventiladores.

El vapor refrigerante caliente llega a la parte alta de la bateria de condensación. Poco a poco se va condensando a medida que circula por la bateria y en el fondo de ésta está en forma de líquido.

Los tubos de distribución de agua con sus toberas se montan sobre la bateria de condensación de tal manera que el agua pulverizada caiga de arriba a abajo de la bateria.

Los ventiladores dan una fuerte circulación de aire a través de la bateria de condensación.

Cuando las gotas de agua que caen encuentran el aire que circula en contra, parte de este agua se evaporará. Esta cooperación absorve el calor de vaporización del vapor refrigerante y causa que este se condense:

1. Ventilador 2. Placa deflectora 3. Envolvente exterior 4. Eliminador del recalentamiento 5. Tubo del condensador 6. Entrada de aire 7. Bandeja colectora 8. Tubo de sobradero 9. Tubería de distribución de agua 10. Bomba de circulación de agua

11. Entrada de aire

El principio de cooperación del agua también se utiliza en las torres de enfriamiento.Estas se instalan cuando por razones prácticas es conveniente instalar un condensador multitubular cerca del compresor. El agua circula por un circuito formado por el condensador y la torre de enfriamiento.

En principio la torre de enfriamiento se construye igual que un condensador evaporativo pero en vez de una batería de condensación lleva en su interior placas deflectoras. El afire es calentado en su camino a través de la torre por contacto directo con el agua en forma de gotas que circulan hacia bajo, de la cual absorve el calor y de como parte de la evaporación hay un incremento de la humedad del afire de salida. Por este

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procedimiento el agua de enfriamiento pierde calor, las perdidas de agua se compensan con una aportación de agua exterior:

1. Ventilador 2. Placa deflectora 3. Envolvente exterior 4. Tobera 5. - 6. Entrada de aire 7. Bandeja de recogida 8. Tubo de sobrante 9. Agua de enfriamiento procedente del

condensador 10. Entrada de aire

11. Agua de enfriamiento hacia el condensador

Es posible ahorrar entre un 90-95% el consumo de agua utilizando condensadores evaporativos o torres de enfriamiento comparándolo con el consumo de aqua de un condensador multitubular.

Si por una u otra razón no se puede usar agua en el proceso de condensación se utiliza en estos casos un condensador enfriado por afire. Debido a que el aire tiene unas malas características de transmisión de calor comparadas con el agua son necesarias grandes superficies externas de los tubos de condensación. Esto se consigue colocando en los tubos salientes o aletas y asegurando mecanicamente una gran circulación de aire.

Válvula de expansión

El propósito principal de una válvula de expansión, es asegurar una presión diferencial sufficiente entre los lados de alta y baja de la planta de refrigeración.

El camino más sencillo de hacer esto es colocar un tubo capilar entre el condensador y el evaporador.

El tubo capilar sin embargo, solo se usa pequeñas plantas y en simples aplicaciones tales como refrigeradores por causa de que no es capaz de regular la cantidad que se inyecta al evaporador.

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Para este proceso necesariamente hay que utilizar una válvula de regulación la más corriente es una válvula de expansión termostática que consta de un cuerpo de válvula con tubo capilar y un bulbo, el cuerpo de la válvula se monta en la línea de líquido y el bulbo se coloca en la salida del evaporador.

1. Entrada con filtro 2. Cono 3. Salida 4. Orificio 5. Connexión para igualizador de presión 6. Envolvente del muelle 7. Diafragma 8. Tubo capilar 9. Eje para ajuste de tensión del muelle

(recalentamiento de apertura)

10. Bulbo

La figura siguiente muestra a un evaporador alimentado por una válvula termostática de expansión. Una pequeña cantidad de líquido permanece en el bulbo. El resto del bulbo, el tubo capilar y el espacio por encima de la membrana en el cuerpo de válvula está lleno de vapor saturado a la presión correspondiente a la temperatura del bulbo. El espacio por debajo de la membrana está en conexión con el evaporador, y la presión es por consiguiente igual a la presión de evaporación.

El grado de apertura de la válvula es determinado por:

La presión producida por la temperatura del bulbo que actua por la cara superior del diafragma.

La presión por debajo del diafragma que es igual a la presión de evaporación. La presión del muelle que actua por la parte baja del diafragma.

En trabajo normal, la evaporación cesará a cierta distancia en la parte alta del evaporador, entonces aparece el gas saturado, el cual empieza a recalentarse en su camino de su salida, en el último tramo del evaporador. Entonces el bulbo tendrá la

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temperatura de evaporación mas el recalentamiento. . Por ejemplo a una temperatura de evaporación de -10°C, la temperatura del bulbo podría ser de 0°C.

Si el evaporador recibe poco refrigerante, el vapor se recalentará más y la temperatura a la salida del evaporador será mas alta. La temperatura del bulbo también se elevará y también la presión de vapor en el bulbo, como consecuencia de que la carga se evaporará. Como consecuencia del aumento de presión por la parte superior del diafragma éste se cambiará hacia abajo, la válvula se abrirá y se suministrará más líquido al evaporador. Por el contrario la válvula cerrará mas si la temperature del bulbo empieza a ser más baja.

Las válvulas de expansión termostática se fabrican en distintas versiones y de diferentes tipos, pero una mas larga explicación podría traer complicaciones innecesarias.

Sistemas de evaporación

Dependiendo de la aplicación, varios requisitos se imponen en el evaporador Los evaporadores, sin embargo se fabrican en serie en distintas versiones

Los evaporadores para circulación natural de aire cada vez se utilizan menos debido a la pobre transferencia de calor del aire a los tubos de enfriamiento. En los primeros modelos se montaron con tubo liso pero ahora es muy común el uso de tubos con aletas, planas o helicoidales.

La capacidad del evaporador se aumenta significativamente si se usa evaporadores pare circulación forzada de aire. Con un aumento de la velocidad del aire, el calor transferido del aire al tubo se aumenta de tal manera que para una capacidad dada se puede utilizar una superficie de evaporador mucho más pequeña que la que sé necesitaría para la circulación natural.

El nombre lo dice, enfriador de líquido el método más sencillo es sumergir un serpentin de tubo en un tanque abierto. Los sistemas cerrados también se empiezan a utilizár cada vez más. En estos sistemas los tubas enfriadores se disponen de una manera muy parecida a los condensadores multitubulares.

Forma prática de montar una planta de Refrigeración

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La figura muestra el montaje de una planta de refrigeración para un solo espacio enfriado.De estas instalaciones se ven muchas en carnicerías y supermercados.

El compresor puede instalarse por ejempo en un cuarto adyacente con salida al aire exterior. Como la unidad está compuesto por un compresor accionado por un motor eléctrico por medio de correas trapezoidales. En la bancada también se coloca un condensador enfriado por aire y un recipiente. En el eje del motor eléctrico se monta un ventilador para que fuerce al aire a pasar a través del condensador y, asegure el necesario grado de enfriamiento. La línea que se monta entre el compresor y el condensador se le conoce como la línea de descarga.

Desde el recipiente sale una línea sin aislar y entra en el espacio enfriado donde se conecta a la válvula de expansión que hay a la entrada del evaporador. El evaporador está provisto de aletas soldadas a los tubos, y también tiene un ventilador para forzar la circulación de aire, también tiene un bandeja de goteo. En la salida del evaporador hay una línea, la línea de aspiración que va hacia el compresor. El díamétro de la línea de aspiración es un poco mayor que el de la línea de líquido debido a que por ella circula el vapor. Por ésta razón, la línea de aspiración como norma se aisla.

El dibujo B da detalles de temperatura momentáneas de la misma instalación. A la salida del condensador, la presión es de 8,5 ata (~bar) y la temperatura 60ºC a causa de la presencia del vapor recalentado, la temperatura en la parte superior del condensador desciende rapidamente a la temperatura de saturación, la cual a la presión indicada será de 34°C, por esto el recalentamiento desaparece y comienza la condensación.

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La presión a la salida del recipiente permanecerá más o menos la misma aunque el subenfriamiento del líquido cause que la temperatura descienda 2°C a 32°C. En el evaporador hay como se indica una presión de 2,2 ata ( ~bar) y una temperatura de evaporación de -l0°C. En el último tramo del evaporador, el vapor comienza a recalentarse de tal manera que la temperatura en el bulbo de la válvula termostática llega a +2, que corresponde al recalentamiento ajustado en la válvula.

Como se muestra en el dibujo la temperatura del afire variará y tomará el calor en su camino alrededor de los productos almacenados, paredes, techo etc. La temperatura del aire que se impulsa a través del condensador también variará con la estación del año. Una planta de refrigeración, debe de dimensionarse de acuerdo con la máxima carga a que puede someterse. Para poderla acomodar a cargas menores, deben de existir en la planta algo que facilite la alteración de su rendimiento. El proceso de producir estas alteraciones es to que se llama regulación y precisamente esta regulación la proporciona los controles automáticos Danfoss. Pero esto es un asunto el cual escapa del alcance de estos apuntes.

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ELECTRICIDAD.Corriente Eléctrica.La corriente eléctrica es el paso de electrones a través de un conductor, los electrones hacen parte de átomo. El átomo es la parte mas pequeña en que puede dividirse un elemento sin que pierda sus características físicas y químicas. Esta compuesto por protones, neutrones y electrones.La corriente eléctrica se produce por medio de una fuente externa que aumenta la energía potencial. Provocando el paso de electrones de un átomo a otro.La corriente eléctrica es transmisión de energía y debe existir necesariamente un circuito que por medio de este flujo constante de electrones. El circuito esta conformado por; una fuente que es la que aumenta la energía potencial y una carga que es el elemento que transforma la energía eléctrica en otras formas de energía: luz, calor, movimiento, mecánico, etc.

Clases De Corriente Eléctrica Conocemos dos clases de corriente eléctrica:Corriente continua. ( D.C.o C.C.)Corriente alterna ( A.C.o C.A.)

Corriente Continua

La corriente continua es aquella corriente que no presenta variación ni en magnitud ni en sentido.

En instalaciones residenciales su uso es limitado a casos muy específicos .

Corriente alterna.La corriente alterna es aquella que varia en magnitud y sentido, a intervalos periódicos. Por el uso tan generalizado conoceremos sus características principales,Características generales de la corriente alterna. La corriente alterna presenta unas características que se describirán a continuación:

Ciclo.El ciclo es la variación completa de la tensión y/o corriente de cero, aun valor máximo positivo y luego de nuevo acero y de este a un valor máximo negativo y finalmente a cero.

Frecuencia La frecuencia es el numero de ciclos que se producen en un segundo. Su unidad es el hertz ( H z ) que equivale a un ciclo por segundo, se representa con la letra f.

Periodo.Tiempo necesario para que un ciclo se repita. Se mide en segundos y se representa con la letra P. Frecuencia y periodo son valores inversos T =1/f f =1/T

Longitud De Onda Distancia (en línea recta) que puede recorre la corriente en un tiempo que dura un ciclo completo. Es igual a la velocidad de la corriente entre la frecuencia =300.000.Km/seg f

Amplitud.Distancia entre cero y el valor máximo ( positivo y negativo )de onda.

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Desfase o diferencia de fase.Se dice que dos ondas(que tienen la misma longitud, no necesariamente la misma magnitud) están desfasadas cuando sus valores máximos no se producen al mismo tiempo.El desfase que pueden darse entre tensiones o corrientes, como también entre una tensión con relación a otra corriente, depende del retraso o adelanto de una onda con respecto a otra. Generalmente se mide en grados, para una mayor precisión.

Contenidos ProcedimentalesGuía de laboratorio:Instituto técnico central establecimiento publico de educación superiorlaboratorio

Grupo:Tema: fundamentos de electricidad

Marco teórico:Carga eléctrica:El hombre ha logrado establecer que los cuerpos están constituidos fundamentalmente por tres elementos: protones, neutrones y electrones. Los protones y neutrones se agrupan en regiones muy pequeñas llamadas núcleos atómicos; los electrones giran alrededor de estos núcleos, formando átomos. A su vez, los átomos se agrupan para formar sustancias.

Pilas y baterías:Es el resultado de algunas reacciones químicas, en un extremo de la pila se amontonan electrones, mientras que el otro extremo (borne) quedan faltando esa misma cantidad de electrones. Por esto se dice que un borne de la pila esta cargado negativamente y el otro positivamente. Tanto fuera de la pila como dentro de ella, existirá un campo eléctrico debido a esas cargas.

Corriente eléctrica:Al flujo de carga eléctrica a través de un alambre o conductor lo llamamos corriente eléctrica. Sería posible medir la corriente en función del numero de electrones que atraviesan el conductor, pero en la practica se define la corriente eléctrica como la carga que atraviesa la sección transversal del conductor por unidad de tiempo.

Materiales:

1. Peinilla

1. Hoja de papel

1. Trozo de paño. 2. Pilas

1 Bombillo

Alambre

Practica 1.Procedimiento:Frote una Peinilla con un paño y acérquela a una hoja de papel. ¿Qué observa? Rompa la hoja en pedacitos muy pequeños y repta la operación ¿Qué observa?

Practica 2.Procedimiento:Tome unos 5 m de alambre de embobinar numero 26, forme con él muchas espiras; raspe sus extremos para quitarle la laca aisladora y únalos a los bornes de dos pilas de linterna. ¿Porqué se calienta el alambre? ¿Qué papel desempeño la pila?.

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Divida el alambre de embobinar y después de raspar sus extremos conéctelo a un bombillo de linterna como se muestra en la figura. Deje ahora sólo una pila. Observe y compare la nueva iluminación y la nueva temperatura con las anteriores. ¿Qué opina? ¿Qué sucede cuando conectamos los extremos de un alambre a los bornes de una pila?

Contenidos Actitudinales

1. Se adicionará 0.5 puntos por cada una de las prácticas bien elaboradas en la nota final. 2. Se enseñará a los demás grupos cuando se encienda el bombillo.

Contenidos Esteticos

1. Los informes de laboratorio se entregaran limpios, no arrugados con letra imprenta y/o tipo imprenta, clara con buena ortografía y visible.

2. Se debe tener orden en el desarrollo de loa guía.

Contenidos Axiologicos

1. Colaboración 2. Responsabilidad 3. Honestidad

3. Valores Fundamentales

Objetivo:Mediante la elaboración de gráficas se darán a conocer los valores fundamentales de electricidad identificando las diferentes magnitudes empleadas. El alumno estará en capacidad de diferenciarlas correctamente y saberlas aplicar.

Objetivos especificos:

Diferenciar con criterio los diferentes valores fundamentales de la toma de una medida de la corriente en diferentes momentos.

Relacionar los diferentes tipos de valores fundamentales de la toma de una medida de la corriente en diferentes momentos.

Esquematizar las clases de valores Analizar las características de los valores fundamentales Distinguir las diferentes magnitudes utilizadas en la ley de Ohm y sus aplicaciones.

Logro:

Que conozca y diferencie los valores fundamentales distinguiéndolos por medio de gráficas y diagramas presentados, realizando ejercicios distingue las diferentes magnitudes fundamentales junto con su simbología

Indicadores De Logros

Distingue los diferentes valores fundamentales. Efectúa las gráficas adecuadamente en donde se representa la diferenciación de los

valores. Utiliza adecuadamente cada valor fundamental en el contexto determinado. Obtiene información proveniente de diversas fuentes, la procesa y la relaciona con

otros conocimientos y procesos adquiridos Desarrolla ejercicios aplicando la ley de Ohm Clasifica las magnitudes fundamentales de acuerdo a su simbología y significado

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Contenidos conceptualesValores fundamentales.Los valores fundamentales son utilizados para tomar una medida de la corriente en diferentes momentos.Valores fundamentalesValor instantáneo.Es el valor que tiene la tensión y/o la corriente en un instante determinado, de allí que una onda tiene infinito número de valores instantáneos.Valor máximo o pico.Es el mayor de los valores instantáneos que puede alcanzar la corriente y/o tensión en un semiciclo, nos determina la amplitud de onda.Valor medio.Es el promedio de todos los valores instantáneos de medio ciclo. Es igual a 0.637 del valor máximo.Ejemplo: el valor medio para una tensión pico de 234 V será: 234*0.637=149.0 V.

Sistemas más empleados.Debido a su funcionalidad la corriente alterna presenta varios sistemas.

Sistema monofasico.En ese sistema se emplea una fase y un neutro (sistema bifilar).

Sistema monofasico trifilar.Sistema compuesto por dos fases y un neutro, en el cual la tensión entre las fases es exactamente el doble de la tensión entre cualesquiera de ellas y el neutro. Se obtiene del secundario de un transformador especial; la fase se toman de los extremos y el neutro del punto medio.Su uso se reduce casi exclusivamente a zonas rurales.

Sistema bifásico.En este sistema se emplean solamente dos fases (bifilar).

Sistema trifasico.Sistema formado por tres corrientes alterna monofasicas (fases) de igual frecuencia y valor eficaz, desfasadas entre si 120 grados.Se obtiene por la rotación de tres bobinas igualmente espaciadas en el interior del campo magnético constante que genera tres fases.

Magnitudes eléctricas fundamentales.Intensidad.( Amperaje o corriente )Es la cantidad de electrones que circulan por un conductor en una unidad de tiempo. La unidad para medir intensidades es el amperio.

Tensión.(Voltaje o fuerza electromotriz).Es la diferencia de potencial que existe entre dos cargas eléctricas o dos conductores.La unidad para medir el voltaje es el voltio.

Resistencia.Es la oposición o dificultad que ofrece un conductor al paso de la corriente. La unidad para medir esta magnitud es el ohmio.

Contenidos ProcedimentalesFormular problemas sobre la ley de Ohm y sus aplicaciones.Dibujar en papel milimetrado cada una de las gráficas de C.C. y C.A.

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Contenidos ActitudinalesLa mejor gráfica se expondrá a los demás alumnos.Se adicionara a la nota final 0.5 puntos a la gráfica expuesta.

Contenidos EsteticosLas gráficas se entregaran en papel milimetrado, limpio, sin arrugas, entendible y bien organizado.

Contenidos AxiologicosResponsabilidadCumplimiento

4. Tecnología de las instalaciones residenciales

Objetivo:De acuerdo a las indicaciones dadas por el docente, el alumno realizará una maqueta en donde él estará en capacidad de explicarla adecuadamente diferenciando los conductos y conductores.

Objetivos especificos:Analizar las diferencias entre conductores, aislantes y semiconductores.Definir claramente la utilización de los conductos.Saber escoger el calibre del conductor de acuerdo a la necesidad requerida.Diferencias las clases de acometidas de acuerdo a su utilización.

Logro:Que conozca, diseñe y aplique las teorías básicas para realizar una instalación residencial.

Indicadores de logros:

Reconoce diversos tipos de energía y algunas de sus aplicaciones en artefactos tecnológicos.

Detecta necesidades, problemas y posibles innovaciones, en aspectos como forma, función y estructura de las instalaciones residenciales.

Diseña, elabora y explica simulaciones de instalaciones residenciales sencillas, mediante representaciones como maquetas.

Reconoce y valora el impacto de la tecnología sobre el medio ambiente.

Contenidos conceptualesTecnología de las instalaciones residencialesConductores y ductos.

Conductores.Son materiales, en forma de hilo sólido o cable a través de los cuales se desplaza con facilidad la corriente eléctrica, por tener un coeficiente de resistividad muy pequeño.Los conductores empleados normalmente son de cobre (los hay también en aluminio) y deben tener muy buena resistencia eléctrica, ser mecánicamente fuertes y flexibles y llevar un aislamiento adecuado al uso que se les va a dar.

Clases de conductores.En instalaciones residenciales normalmente se emplean los siguientes tipos de conductores:a) Alambres: conductores que están formados por un hilo sólido.b) Cables: conductores fabricados con varios alambres o hilos mas delgados, con la finalidad de darle mayor flexibilidad.c) Cable paralelo o dúplex: conductores aislados individualmente y se encuentran unidos únicamente por sus aislamientos, o bien se encuentran los conductores trenzados.

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d) Cable encauchetado: conductores de dos o mas cables independientes y conveniente mente aislados, viene recubiertos a su vez, por otro aislante común.

Tipos de aislamiento en los conductores.El aislamiento esta hecho de materiales plásticos, aunque para sus usos especiales existen otros aislamientos como el asbesto o silicona con la finalidad de evitar cortos circuitos.Los tipos de aislamiento mas comunes son: * T : AISLAMIENTO PLÁSTICO (TERMOPLÁSTICO) * TW : AISLAMIENTO RESISTENTE A LA HUMEDAD.* TH : AISLAMIENTO RESISTENTE AL CALOR.*THW : AISLAMIENTO RESISTENTE AL CALOR Y A LA HUMEDAD.

Calibre de los conductores.Es la sección transversal que tiene los conductores.La forma mas común de dar a conocer los diferentes calibres, según la AWG, es mediante un numero, los números mas altos hacen referencia a los calibres mas delgados, y los números mas bajos, a los calibres mas gruesos. La siguiente tabla nos muestra los conductores mas utilizados en instalaciones residenciales:

NoAWG DIÁMETRO mm SECCIÓN mm TIPO DE CONDUCTOR

14 1.63 2.09 SÓLIDO

12 2.05 3.30 SÓLIDO

10 2.59 5.27 SÓLIDO

8 3.26 8.35 SÓLIDO

6 4.67 13.27 CABLE

4 5.89 21.00 CABLE

2 7.42 34.00 CABLE

1/0 9.47 53.00 CABLE

2/0 10.62 67.00 CABLE

3/0 11.94 85.00 CABLE

El calibre de los conductores tiene que estar sometido a ciertas condiciones de uso como la cantidad de corriente que puedan transportar. Para esto se tiene en cuenta la siguiente tabla:

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CALIBRE CAPACIDAD EN AMPERIOS

14 20

12 25

10 40

8 55

6 80

4 105

2 140

1/0 195

2/0 225

3/0 250

DuctosEs el sistema diseñado y empleado para contener o alojar los conductores, mediante la utilización de ductos o tuberías.

Clases de tuberías.a) Tubos metálicos rígidos: conocidos simplemente como tubos conduit, se construyen en acero pintado exteriormente o en acero galvanizado.Actualmente en instalaciones residenciales su uso es cada vez mas restringido, limitándose a los casos en los cuales existe la posibilidad de daños mecánicos, o cuando este expresamente indicado.

Tubos de PVC.Son tubos elaborados en material no metálico a base de policloruro de vinilo.Características * PESO LIVIANO: mas o menos seis veces inferior al peso del conduit metálico.* FÁCIL INSTALACIÓN: el corte y el curvado de los tubos es mas fácil y no es necesarios roscarlos * RESISTENTE A LA CORROSIÓN: no se producen problemas de oxidación en ambientes húmedos, y además es resistente a los ácidos, productos alcalinos y el agua salada. El diámetro de los ductos deben estar de acuerdo con el numero de conductores que se introducirán en ellos, que como puede verse en la siguiente tabla nunca será menor a1/2.

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NUMERO MÁXIMO DE CONDUCTORES THW EN TUBOS PVC O CONDUIT.

DIAMETRO TUBO CALIBRE AWG

1/2 3/4 1 1 1/4 1 1/2 2 2 1/2

14 4 6 10 18 25 41 58

12 3 5 8 15 21 34 50

10 1 4 7 13 17 29 41

8 1 3 4 7 10 17 25

6 1 1 3 4 6 10 15

4 1 1 1 3 5 8 12

2 1 1 3 3 6 9

1/0 1 1 2 4 6

2/0 1 1 1 3 5

3/0 1 1 1 3 4

Acometida general.Es la parte de la instalación eléctrica que va, desde la red de distribución de la empresa de energía eléctrica hasta el contador, ubicado en el predio del consumidor. En las acometidas generales no se permite derivaciones, ningún tipo de cajas de empalmes, debiéndose construir de tal manera que no se permitan otras conexiones antes del tablero de medida del contador.

Acometida aérea. Cuando la línea de alimentación va por el aire, desde el poste de distribución hasta el soporte junto al cual se ubicara el tubo de la bajante que va al contador.

Normas para acometidas subterráneas.En las acometidas subterráneas las cajas de inspección deberán estar fuera del predio correspondiente. Cuando la acometida debe alimentar varios contadores, el calibre de los conductores debe estar capacitado para soportar la corriente resultantes de la suma de las corrientes nominales de todos los conductores. La distancia máxima de las acometidas deberá ser de 25 a30 metros.

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Cuando los cables de acometida subterránea se toman de un poste, el ducto de protección, debe subirse a una altura no inferior a 3 metros sobre el piso, y protegerse con el capacete.

Contenidos ProcedimentalesElaborar una maqueta por grupos de máximo cuatro personas en donde el alumno identifique los tipos de conductores y conductos.

Contenidos ActitudinalesLa mejor maqueta se expondrá ante los demás cursos.Los integrantes de la mejor maqueta no presentaran evaluación para sete periodo pues la nota saldrá de la maqueta.

Contenidos EsteticosLa maqueta debe ser clara, con materiales adecuados, ordenada.No se deben presentar maquetas de menos de 1 metro.Contenidos Axiologicos

1. Colaboración. 2. Cumplimiento. 3. Responsabilidad.

Practica de las instalaciones electricasObjetivo:A partir de las diferentes explicaciones dadas por el docente, el alumno podrá explicar y diferenciar los símbolos y herramientas así como también los diagramas utilizados en la practica de las instalaciones eléctricas.

Objetivos especificos:Diferenciar y reconocer los símbolos utilizados en la practica de las instalaciones eléctricas.Saber la correcta utilización de las herramientas, sus usos, ventajas y precauciones en el momento de su correcta utilización.Saber expresar mediante diagramas y planos utilizados en la practica de las instalaciones eléctricas.

Logro:Explique, diferencie y utilice correctamente los símbolos y herramientas utilizados en instalaciones eléctricas, mediante planos y diagramas.

Indicadores de logro:Organiza y maneja información a través de símbolos, gráficos, planos, diagramas.Utiliza adecuadamente herramientas y diferentes recursos de su entorno.Selecciona, ubica y organiza información con oportunidad y pertinencia, para solucionar problemas y satisfacer necesidades.Establece una metodología propia basada en el diseño para la solución de problemas tecnológicos, teniendo en cuenta implicaciones éticas, sociales, ambientales, económicas, de la alternativa de solución propuesta.

Contenidos conceptualesPractica de las instalaciones electricasSímbolos y convenciones.La representación gráfica de una instalación eléctrica se basa en una serie de símbolos gráficos, trazos, marcas e índices cuya finalidad es poder representar en forma simple y clara los elementos que se emplean en el montaje de los circuitos eléctricos.

Herramientas e instrumentos básicos.Las herramientas son muy importantes en las instalaciones ya que estas facilitan el trabajo y permiten la excelencia de este, a continuación describiremos algunas de ellas.

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Alicates. Herramienta de acero que se emplea para sujetar, doblar, cortar, etc. Existe gran variedad de alicates tanto en tamaño como por la forma y uso, los mas usados son:

Alicates de electricista. Alicates de puntas redondas. Alicates de puntas redondas o curvas. Alicates de corte diagonal.

Usos:Para el correcto uso de los alicates, así como prevenir accidentes o daños, se deben tomaren cuenta los siguientes aspectos:a) Todas las herramientas deben tener los mangos debidamente aislados.b) No se deben usar como herramientas de golpe. c) No deben usarse para apretar o aflojar tornillos y tuercas, pues se corre el riesgo de dañar la herramienta, pero sobre todo la tuerca o el tornillo. c) Mantenerlos limpios y aceitarlos periódicamente. d) No mojarlos y mantenerlos siempre secos para evitar que estos se oxiden.

Destornillador. Es una herramienta diseñada especialmente para aflojar o apretar tornillos.Todo destornillador esta compuesto por las siguientes partes:a) Mango: esta diseñada para estar en contacto con el operario, por lo cual debe estar debidamente aislado. b) Vástago: parte que sale del mango. Se construye de acero templado debido a los grandes esfuerzos, especialmente de torsión, a que se somete la herramienta.c) Parte extrema del vástago, adecuada para encajar en la ranura del tornillo. Existe diversidad de formas y tamaños, de acuerdo ala forma y tamaño de la ranura del tornillo.

Usos:Algunos aspectos prácticos que deben tenerse en cuenta para su correcto uso y conservación.a) Los destornilladores deben usarse únicamente para manipular tornillos. b) No deben usarse como palancas, ya que pueden romperse o doblarse.c) No golpear el mango con el martillo, a no ser que sean para limpiar la ranura del tornillo, en cuyo caso debe hacerse con mucho cuidado.d) Utilizar el destornillador adecuado: la hoja de acuerdo a la ranura del tornillo, y la longitud del vástago y mango apropiados al trabajo y esfuerzo que se va a realizar.e) La hoja debe estar siempre en buen estado para no dañar la ranura del tornillo.f) No ayudarse con los alicates, aplicados a la hoja o vástago pues se corre el peligro de dañarlo por el excesivo esfuerzo que pueda realizarse.g) Cuando sea estrictamente necesario trabajar bajo tensión, téngase mucho cuidado para no tocar el vástago o la hoja, ni utilizarlo para revisar el circuito eléctrico, ya que se pueden formar arcos capaces de fundirlos o destemplarlos, inutilizándolos y mas aun ocasionando graves daños personales. Además debe verse si la capacidad de aislamiento del mango es la garantizada por el fabricante para dicha tensión.

Pelacables.Son herramientas diseñadas especialmente para quitar el aislante de los conductores sin dañarlos. Para el electricista de instalaciones residenciales resulta muchas veces mas practico y útil el uso de una cuchilla.La cuchilla es una herramienta de gran utilidad, especialmente cuando se trata de quitar el aislante de los conductores, cortar la cinta aislante, limpiar los conductores, etc.Para estos trabajos puede emplearse perfectamente una navaja común bien afilada, o bien una que se fabrique empleando una lamina de acero. Es muy practico fabricarla con una hoja de segueta desechada.

Esquemas eléctricos.Un esquema eléctrico es la representación gráfica de un circuito o instalación eléctrica, en la que van indicadas las relaciones mutuas que existen entre sus diferentes elementos así como

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los sistemas que los interconectan.Para su representación se emplean básicamente una serie de símbolos gráficos, trazos, macas e índices, cuya finalidad es poder representar en forma simple y clara, los elementos que se emplean en el montaje de los circuitos eléctricos.a) Símbolos: representan los aparatos y elementos que se emplean en una instalación.b) Trazos: líneas que indican ductos y/o conductores eléctricos que interconectan los diferentes elementos que forman parte de la instalación eléctrica.c) Marcas e índices: letras y números que se emplean para la completa identificación de un elemento.

Plano eléctrico.Conjunto de símbolos mediante los cuales se señalan e interpretan las necesidades del usuario.En el deben figurar la cantidad, el tipo el tipo y la distribución de los elementos eléctricos, mostrando en ultimo análisis la forma en que quedara la instalación eléctrica.Los esquemas o planos eléctricos deben ser elaborados en forma nítida y clara, de tal manera que pueda ser interpretado por cualquier técnico electricista que tenga que realizar la obra.

Esquema unifilar.Es un tipo de esquema mas simple, ya que en el se emplea solamente un trazo, que en realidad representa el ducto. Los conductores que van por interior del ducto re representan mediante líneas oblicuas (tantas líneas como conductores vayan ) , que corten el trazo único.Todos los elementos se disponen por su posición real en estos esquemas es necesario añadir una información complementaria colocada junto al trazo:a) Indicación del diámetro del ducto. Ej.: 1/2"b) Indicación del calibre de los conductores. Ej: # 14. Es conveniente agrupar las líneas que indican las fases y dejar un poco separada la que indica el conductor del neutro.Cuando los datos de la información de ductos y/o es la misma en todo el plano, o prima uno de ellos, se puede simplificar dicha información mediante una nota al pie de esquema.

Esquema de situación o de plano de una instalación.Cuando un esquema UNIFILAR se ubica sobre un plano arquitectónico, recibe el nombre de plano de instalación. El plano arquitectónico no se puede considerar como un plano eléctrico, sino como una base o requisito para realizar sobre el plano de la instalación eléctrica .

Diagrama vertical de bloques. Es un esquema UNIFILAR que nos da una idea general de toda la instalación eléctrica, desde la acometida hasta los circuitos ramales.

TIERRA Y NEUTROOBJETIVOS DE UN SISTEMA DE PROTECCIÓN EFICIENTE CONTRA DISTURBIOS ELÉCTRICOS.

Protección y seguridad para la vida humana.

Protección y seguridad en la operación electromecánica y electrónica.

Alta eficiencia mecatrónica, (automatización, robótica, informática.)

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Continuidad de operación y cumplimiento puntual con los programas de aseguramiento de la calidad.

Compatibilidad electromagnética (mínimos niveles de interferencia y contaminación entre equipos, aparatos, componentes, accesorios y seres humanos).

Alta eficiencia eléctrica. (Disminución del factor de pérdidas, minimizando las pérdidas de energía eléctrica, lo cual se traduce en ahorro de energía).

Calidad de operación y equilibrio ecológico.

BENEFICIOS QUE PROPORCIONA LA INSTALACION DE UN MODERNO SISTEMA DE PROTECCIÓN EFICIENTE CONTRA DISTURBIOS

ELÉCTRICOS.

En el amanecer de un nuevo siglo, sabemos del rezago tecnológico de un importante y decisivo factor en toda instalación eléctrica de nuestro planeta, evidentemente obsoleto hoy día:

REVOLUCIONAR LA INGENIERIA DE PUESTA A TIERRA.

Desde un transformador de potencia para el suministro eléctrico residencial o bien comercial o industrial y en general toda la masa o materia metálica involucrada en los circuitos eléctricos para la operación o disfrute del confort de la tecnología de hoy; tiene que estar correctamente puesta a tierra y apoyado por un sistema de protección primario y uno secundario.

Es necesario renovar lo tradicional y efectuar un verdadero cambio ante la confusión mundial por el incremento de fallas, errores y descomposturas de aparatos, componentes, equipo y lo más importante: un incremento de irreparables daños en la vida y salud de los seres humanos.

Con el decidido propósito de coadyuvar a una mejor calidad de la energía eléctrica, se sugiere implementar el Sistema de Protección Eficiente en Interacción con el Planeta.

La tecnología magnetoactiva de puesta a tierra aunado a los sistemas de protección primarios y secundarios, suficiente para enfrentar los retos tecnológicos del siglo XXI, dentro de un marco de absoluta seguridad y eficiencia para equipos y seres humanos.

Inicia el concepto híbrido de plena convivencia entre la cibernética y los seres humanos.

Coadyuva en forma eficiente al incremento de la calidad de vida humana y a la expansión de la productividad por la eficiencia misma.

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Deja en el pasado, las tradicionales varillas, alambres, cables, mallas y los controvertidos estudios de "resistividad del suelo".

Es la aplicación de una nueva tecnología, práctica, sencilla, económica, adaptable, compatible y muy eficiente.

Permite definir y aplicar seis tipos de puesta a tierra, requeridos en las modernas instalaciones de hoy, sin la interacción de funcionamiento entre ellas, pero interconectadas en forma equipotencial.

1- Tierra de funcionamiento. (T. F.)

Conductor de retomo y referencia para un gradiente de potencial óptimo. Comúnmente denominado "Xo” o "Neutro", la cual se conecta en los transformadores de potencia en el "Xo" del devanado conectado en estrella o en los centros de carga en la barra denominada Neutro.

2.- Tierra de protección, (T. P.)

Conductor denominado "tierra física", cuya misión es proteger la vida humana, el cual se deberá conectar a las partes metálicas no energizadas.

3.- Tierra electrónica. (T. E.)

Conductor denominado en ingles "Ground", encargado de ofrecer "0" lógico a potenciales de masa de circuitos y componentes electrónicos, para su operación óptima de acuerdo a sus especificaciones de diseño.

4.- Protección por conexión equipotencial (P.C.E.)

Conductor destinado a unir masas metálicas no energizadas de un conjunto determinado conteniendo circuitos eléctricos, con el propósito de cancelar gradientes de potencial entre ellas.

5.- Tierra de confinamiento de descargas atmosféricas (T. C. D. A.)

Conductor con destino a tierra, concebido para amortiguar y confinar impulsos nucleares electromagnéticos, (NEMP), conocidos como descargas atmosféricas (rayos).

6.- Tierra anticorrosiva de protección catódica (T. A. P. C.)

Conductor destinado para polarizar masas catódicamente y evitar efectos galvánicos en metales, sin fuentes de energía externas para su funcionamiento.

La operación en conjunto de estos seis tipos de conductores, se aplica a través de dos áreas definidas; la primera denominada red de confinamiento a tierra, integrada por acopladores de estado sólido denominados Sincronizadores de admitancias y la segunda por una red de polarización y disipación, compuesta por estructuras magnetoactivas interconectadas denominadas Electrodo de tierra.

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Las dos áreas interconectadas y, acopladas por medio de cables aislados y conectores de alta eficiencia, integran el sistema de protección y alta eficiencia eléctrica, electromecánica y electrónica, denominada: Electrodo de tierra.

Beneficios que otorga:

1. Puede instalarse en proyectos nuevos o para reforzar instalaciones en proceso.

1. Puede instalarse por etapas. (Iniciando siempre por las subestaciones principales de alimentación).

1. Se conectan a los antiguos sistemas de tierra para incrementar su funcionamiento.

1. Tiene la facilidad de instalarse en áreas reducidas como en sótanos y en espacios reducidos detrás de los muebles y en caso de el electrodo de tierra, sin necesidad de utilizar áreas verdes como un requisito indispensable.

1. Para su instalación no requiere hacer paros de producción.

1. Es un sistema integral de protección altamente eficiente, suficiente para cubrir todas las necesidades actuales que la propia tecnología de punta exige.

1. No depende para su óptimo funcionamiento, de las condiciones de resistividad eléctrica del suelo, este conjunto de elementos permite operar un sistema de puesta a tierra, seguro, estable y eficiente, sin afectarle el clima o las condiciones del terreno, ya que depende exclusivamente de su propio diseño del foso y de los vectores de atracción gravitacional y polar magnético.

1. Este Sistema de Protección Eficiente logra impedancias a tierra cercanas a "0" ohms y con un efecto de diodo en el electrodo de tierra, por lo que permite confirmar en forma unidireccional a tierra corrientes de retorno o indeseables e impide tomar impulsos peligrosos de reflejo o procedentes del suelo.

1. El electrodo de tierra cuenta con una bobina o circuito tanque (LCR) en la estructura magnetoactiva ahogada en el suelo, capaz de disipar señales destructivas comprendidas dentro de un rango de 100 [Hz] a 3.5 [GHz], confinando unidireccionalmente las corrientes indeseables. Su funcionamiento depende del campo geomagnético de la tierra y la fuerza gravitatoria además de principios eléctricos para así obtener una baja impedancia de puesta a tierra, por ello es necesario alinear el electrodo con dichas fuerzas naturales.

Un fenómeno magnético produce una polarización anódica en la base del electrodo y una polarización catódica en la cara superior del mismo, produciendo un campo catódico estable en la superficie terrestre cercana a donde se encuentra instalado.

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1. El electrodo cubre una norma (NMX) la cual contiene especificaciones de su fabricación e instalación que permite otorgarle una vida útil de veinticinco años. Este electrodo es una estructura triangular de cobre de alta eficiencia, el cual por su tratamiento electroquímico resiste la corrosión y la sulfatación para proveer un contacto constante de muy baja resistencia y no contaminante con el entorno de la tierra.

1. La instalación de un Sistema de Protección Eficiente, invariablemente requiere de un diagnóstico eléctrico previo y evaluación posterior a su instalación, con el fin de comprobar el alcance de sus beneficios.

1. Con este sistema se permite otorgar una variedad de conductores a tierra por medio de los equipos de protección primaria y secundaria, esto permite elevar la eficiencia de todo tipo de instalación eléctrica, disminuyendo su factor de pérdidas por lo tanto se obtiene un beneficio de ahorro de energía, la combinación aplicada correctamente de estos sistemas, permite obtener la máxima eficiencia de operación y funcionamiento de todos los aparatos, equipos y componentes involucrados, con la real eficiencia de su compatibilidad, lo cual quiere decir que disminuyen la interferencia de radiofrecuencia (RFI) y electromagnética (EMI), resultando en una reducción de la susceptibilidad propia, por lo cual su funcionamiento se incrementa en calidad, eficiencia y precisión.

Beneficios adicionales:

1. Ahorro en el consumo de energía eléctrica, al corregir la ineficiencia del neutro de su instalación y disminuir el factor de pérdidas.

1. Atenuación de picos, transitorios, y demás fluctuaciones de energía eléctrica que dañan y destruye sus aparatos electrónicos.

1. Mayor calidad en imagen y sonido para equipos de video como: televisión, DVD y videocaseteras.

4) Sonido limpio, claro y definido para los equipos de sonido.

1. Mejor recepción de señales de radio A.M. F.M. Y S.W

1. Mayor eficiencia en el sistema de enfriamiento y congelación de los refrigeradores, el cual operará menos tiempo para dar el servicio que se le exige.

1. Se eficientíza la potencia nominal para las lavadoras y secadoras de ropa.

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1. Cancelación de interferencias de radiofrecuencia (RFI) y electromagnéticas (EMI).

1. Se puede escuchar radio de A.M. sin molestos ruidos o interferencias.

1. Mayor vida útil para lámparas y focos, con el ahorro económico consecuente.

1. Menos calentamiento de motores, aparatos, equipos, accesorios y los cables de la instalación eléctrica.

1. Seguridad y protección eléctrica para los seres vivos, contra descargas eléctricas y cortos circuitos.

1. Mayor calidad de vida, al disminuir peligrosos niveles de señales o ruido eléctrico y electromagnético que afectan la salud.

1. Mayor eficiencia y vida útil del cableado de su instalación eléctrica.

1. Menor riesgo de explosión de tanques de gas, al cancelar peligrosos gradientes de potencial entre tubería de cobre, tanques, motor de bombeo de agua y calentador.

ELEMENTOS QUE CONFORMAN EL SISTEMA DE PROTECCIÓN EFICIENTE

Electrodo de puesta a tierra (magnetoactivo). Este permite enviar de forma unidireccional las corrientes indeseables.

Sincronizador de admitancias. Este dispositivo interconecta el conductor de tierra y el electrodo de puesta a tierra a la red o al equipo a proteger a través de sus componentes equipotenciales electroactivos, supresores de ruido y coordinadores de admitancias. Su principio teórico se basa en su campo magnético presente en su eje perpendicular, es decir, entre el punto a proteger y el electrodo de puesta a tierra. Este campo magnético se aplica perpendicularmente a un conductor por el cuál circula una corriente eléctrica, presentando una diferencia de potencial entre los extremos del conductor, esta diferencia de potencial desaparece cuando es cancelado el campo magnético. Así mismo, el sincronizador de admitancias contiene supresores tanto de ruidos eléctricos como de impulsos electromagnéticos, lo que lo hace un elemento importante para confirmar que realmente existe interconexión entre la red y los diferentes sistemas de protección (protectores primarios, interruptores de cuchillas, fusibles, pastillas termomagnéticas y protectores secundarios), incluyendo defasamientos angulares eléctricos y los bloqueos de interacción entre ellas, con balanceo equipotencial instantáneo.

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Compuesto acondicionador eléctrico. Este preparado al no depender en forma estricta de la conductividad de la superficie terrestre y operar en todo tipo, ambiente y características de terreno, no requiere de aceleradores electroquímicos que dañan el planeta, principalmente los mantos acuíferos. El compuesto debe ser mezclado con tierra orgánica es usado como núcleo magnético orgánico para el electrodo magnetoactivo. 100% orgánico, estable y de larga vida útil (30 años promedio).

Sistemas de protección. Elementos de la instalación eléctrica como Cuchillas, fusibles, pastillas termomagnéticas.

Protectores Primarios. Tienen la capacidad de filtrar grandes corrientes (50 [KA]) y una disipación de energía superior a 1900 Joules [J] por medio de varistores sin proporcionarnos desconexión de los equipos conectados en la red eléctrica. Estos deben de ser conectados en paralelo en las cuchillas o bien en el centro de carga en cada una de las fases de la instalación eléctrica.

Protectores secundarios. Tienen capacidad de desconectar la carga a un voltaje superior a los 132 [V] y en algunos casos para equipos muy sensibles también a un voltaje inferior a los 90 [V], soportan una corriente de impulso de 52 [KA] y cuentan con un poder de disipación de energía superior a los 1600 Joules [J], también ofrecen una protección de fase a neutro, de fase a tierra y de neutro a tierra. La desconexión se logra por medio de relevadores y la disipación a través de varistores.

¿POR QUE ES IMPORTANTE LA ALINEACIÓN DEL ELECTRODO CON LA TIERRA?

La respuesta a esta pregunta la encontramos en el interior de la Tierra, concretamente en el núcleo.La Tierra tiene varias capas con distintas densidades y temperaturas. Concretamente, hasta 2900 km de profundidad (la discontinuidad de Gutenberg) es un medio plástico, medio sólido. Después, hasta los 5100 km, es el núcleo externo, fluido, y de los 5100 a 6371 es sólido. Éste último está formando por una mezcla de Níquel y Hierro, principalmente. Precisamente el Hierro, y las corrientes que se forman en el Núcleo externo son las responsables del Magnetismo Terrestre, y de que todas las agujas de las brújulas se orienten al Norte. Es como si fuese un gigantesco imán que tiene los dos polos, el Norte y el Sur.

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Seguramente que todos asociamos el polo Norte con el Norte, pero no es así, me explico: el polo Norte geográfico no coincide exactamente con el polo Norte Magnético (el que indican las brújulas). Hay una diferencia de 20 grados de une a otro. De todas formas son bastante próximos uno a otro.

De todas formas, se sabe que el polo Norte magnético se llegó a invertir. Se calcula que en los últimos 3.5 millones de años, han tenido lugar al menos 10 inversiones de polaridad, es decir, que las agujas en vez de apuntar al Norte, apuntan al Sur, porque el gigantesco imán interno de la tierra se orientó de esa manera. A la polaridad de hoy en día se le llama normal, y a la otra, inversa.

NOTAS:

Separar en el centro de carga, las conexiones del Neutro y tierra Física, es decir, que los neutros se conecten a una barra común, y la tierra física a otra barra, sin conectar ambas barras entre sí, véase la figura anterior.En caso de No contar con el tipo de centro de carga de la instalación con posibilidad de instalar dos barras independientes (Neutro y Tierra), se deberá proponer la instalación de otro centro de carga o gabinete que se pueda acondicionar de acuerdo a la figura anterior. Esto también se aplica cuando en lugar de centro de carga a base de terruptores termomagnéticos, se tenga únicamente un seccionador del tipo cuchilla-fusible.Es importante e indispensable que la tierra física de protección (denominada normalmente como tercer conductor de una instalación monofásica), debe de ser de un conductor “aislado”, de calibre por lo menos igual al del neutro. En caso de no existir el tercer conductor o bien, sea del tipo desnudo, se deberá proponer (en caso de ser posible realizarlo) cambiar el conductor desnudo por uno aislado y del calibre recomendado.El “X0” se debe conectar al transformador principal preferentemente, o en la UPS o bien, en el neutro del centro de carga principal

CONCLUSIÓN:

En nuestros hogares y en los lugares de trabajo disponemos de dispositivos que evitan ciertas tareas, la mayoría de los cuales funcionan con electricidad. Todo tipo de transmisión y comunicación, incluidos el almacenamiento y manipulación de datos, utiliza la corriente eléctrica de una forma u otra. Así que, igual que cuando hablamos provocamos un impacto en el entorno introduciendo "ruido" acústico, el uso de la electricidad también tiene un impacto en lo que nos rodea, y el mismo puede controlarse si utilizamos pantallas o blindajes (protectores) conectados a una red equipotencial y eficiente acoplada a tierra.

Con este sistema se logra incrementar la seguridad, protegiendo además el medio ambiente al evitar posibles e inexplicables fallas de los sistemas y sobre todo de los tan incrementados campos magnéticos, además de resolver la problemática, optimiza y protege los actuales sistemas instalados, con el diseño de esta ingeniería con la eficiencia requerida en la cual se encuentran interactuando las protecciones ya conocidas, los protectores (primarios y secundarios) conectados a un sincronizador de admitancias y este a un sistema de aterrizamiento a tierra por medio de un electrodo magnetoactivo.

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