Cambio
de refrigerante
Puede cambiarse el refrigerante de un sistema sin que afecte
el funcionamiento del mismo
Pueden reemplazarse los refrigerantes obsoletos por otros más modernos
Antes
de realizar ningún cambio lo
mejor es consultar al
fabricante del sistema de
refrigeración. El fabricante es el
que está mejor cualificado para evaluar cualquier
tipo de cambio. Si no tiene acceso,
a las recomendaciones del
fabricante se debe tener
en cuenta los siguientes puntos:
-
Probablemente, el sistema
proporcionara la máxima
eficiencia con el refrigerante
para el que fue diseñado. El tamaño de
los conductos, los orificios y los pasos
en el compresor, el volumen del
área de compresión de la válvula y la
presión aplicada a los muelles de la
válvula está diseñado para proporcionar los mejores resultados posibles
basándose en el volumen y densidad del fluido que tiene que manejar. Un refrigerante distinto
tendrá un volumen y una densidad distintos, por los que todas las
condiciones deben de ser diseñadas cuidadosamente para que se adapte al cambio.
-
El
resultado en el caso de los
refrigerantes es que las pérdidas
en el sistema especialmente en el
compresor tiene tendencia en aumentar,
y algunos casos serán considerablemente
mayores
-
Todos los
refrigerantes tiene diferentes efectos de refrigeración para un
deslizamiento dado. Por tanto, si no se
hace ningún otro cambio, se producirá una
variación en la capacidad de
refrigeración.
-
En
los compresores accionados por correa
de tipo abierto esta variación se puede compensar cambiando la velocidad de operación del compresor, esto se hace
cambiado el tamaño de la polea del motor. Cuando la humedad
reduce la velocidad se necesita
una polea más pequeña.
-
Cualquier
cambio de refrigerante requiere limpiar el sistema completo. Esto incluye purgar y extraer
el aceite del compresor. El aceite nuevo tiene que ser
el adecuado para el nuevo
refrigerante que se va a utilizar.
-
Las válvulas de expansión o válvulas de flotador deben cambiarse
o recalibrarse, para el nuevo
refrigerante. Una válvula de expansión termostática siempre se
fabrica para un refrigerante especifico, con el fin de conseguir las
mejores características de funcionamiento para dicho refrigerante. Todas las válvulas reguladoras de la presión o
interruptores de presión tienen que ajustarse a las nuevas condiciones de presión impuestas por el nuevo
refrigerante.
-
El
amoniaco no se puede utilizar en un
sistema diseñado para refrigerantes
halogenuros. Las tuberías de cobre los accesorios
de latón y bronce y los cojinetes de bronce se utilizan en los diseños destinados al uso de
halogenuros. El amoniaco ataca a todos
estos metales además trabaja a
una presión más alta que muchos de los halogenuros, la cual puede demostrarse
que es difícil de mantener. A causa de
las altas temperaturas de descarga, los compresores que usan amoniaco se rodean
de agua o se diseñan para
ser enfriados mediante el vapor de
aspiración de enfriamiento.
Las mayoría de compresores halogenuros
solo emplean enfriamiento por aire
para enfriar los cilindros y reducir la
carga calorífica
-
Modelos de
refrigerantes: entre los modelos de refrigerantes se tiene
los siguientes:
12, 22,134a, 500,502 y 507a
son los refrigerantes más comunes con
características bastantes similares a
las del amoniaco, por lo que pueden considerarse como posibles sustitutos de este último. Sin embargo no es recomendable modificar un sistema de
amoniaco sin modificar todo el equipo.
Los halogenuros son excelentes disolventes que eliminaran los sedimentos y la
suciedad dejados por el amoniaco,
que los procesos de limpieza ordinarios
no eliminaran. Además los
halogenuros son muchos más pesados que el
amoniaco, por lo que podría
producirse caídas presión
excesiva en las tuberías, orificios y pasos
diseñados para el amoniaco que es
mucho más ligero. (Infantas, 2001)
Condensadores
La misión principal de un
condensador es transformar el gas procedente del compresor en líquido.
Normalmente un condensador
está formado por una longitud de tubo por cuyo interior circula un gas
comprimido sometido exteriormente que puede ser agua o aire
El condensador debe disponer
de una superficie térmica requerida también debe tener un volumen de superficie
para el vapor que se entrega y debe permitir que el líquido condensado se
separe del vapor no condensado.
El condensador debe eliminar
del refrigerante todo calor absorbido en el evaporador, el calor de comprensión
añadido en el comprensor y el vapor del conducto de aspiración. Además el
condesar proporcionar un volumen suficiente para albergar el vapor hasta por el
compresor. (Langley, 2008)
El condensador debe permitir
que el líquido condensado se separe del vapor no condensado.
En el condensador se elimina:
-
Las
calorías procedentes del calor latente se absorbido en el evaporador
-
Las
calorías procedentes del trabajo mecánico que hemos suministrado al compresor
para aumentar la presión del gas. (Balboa, 2008)
Clasificación de los
condensadores:
Tabla 1.1 clasificación de
los condensadores
Grupo
|
Fluido que enfría
|
Tipo de
condensador
|
Calor sensible
|
Aire
|
Circulación de
aire natural
|
Circulación por
aire forzado
|
||
Agua
|
De inmersión
|
|
Multitubulares
horizontales
|
||
De doble tubo
contracorriente
|
||
Calor latente
|
Atmosféricos
|
De lluvia
|
Multitubulares
verticales
|
||
De lluvia
contracorriente
|
||
Evaporación
forzada
|
Evaporativos con
tubo liso
|
|
Evaporadores con
tubo aleteado
|
Fuente: manual de
instalaciones frigoríficas
Condensador Por
Aire
El aire
es un medio de condensación que
enfría al condensador circula debido únicamente a su cambio de densidad al ponerse en contacto
con la superficie caliente de
los tubos, cuyo interior circula
el fluido refrigerante a alta
temperatura, sin embargo el aire
tiene un calor especifico muy bajo, y
además el coeficiente global de
transmisión de calor entre
un vapor condensante y un
gas es débil.
El aire se hace circular de manera forzada sobre el conjunto de tubos aleteados
mediante ventiladores. Los condensadores enfriados por aire están
directamente relacionados con la
temperatura del aire del medio ambiente.
Estos condensadores
se aplican a instalaciones de
pequeña potencia: neveras, arcones,
congeladores, etc.
El condensador de aire forzado se selecciona a partir del calor total a disipar, y de la
diferencia de temperatura entre e el
ambiente y la condensación.
Normalmente se construye con tubos de cobre y aletas de aluminio.
Condensadores
Por Agua.
El agua es más
densa que el aire, por lo que
puede absorber calor
de forma más eficiente que este.
Se trata de colocar el serpentín condensador dentro de
una cuba de agua
cilíndrica o tanque de agua. Un agitador
de eje vertical asegura la circulación del agua al
rededor del serpentín.
En los condensadores
enfriados por agua, los coeficientes
globales de transmisión de calor
son muchos más elevados que en los condensadores de aire, este tipo
de condensadores son muy voluminosos y
necesitan mucho espacio, por lo que actualmente no se instalan tienen
un coeficiente de transmisión bajo y es difícil de limpiar.
Los condensadores enfriados
por agua
se diseñan para trabajar a una
temperatura de condensación de unos 40º C. la
única ocasión en la que un condensador enfriado por
aire funciona a esta temperatura es en día templados-24º C.
Ventajas:
Especialmente en verano
cuando las cargas caloríficas son mayores, el agua suele
estar más fría que el aire así mismo
el agua tiene una mejor
transferencia térmica, por lo que es
posible conseguir una
temperatura de condensación más
próxima a la temperatura del agua
que al a temperatura del aire.
Cuando más baja sea la
temperatura de condensación menor será la presión y menor será el
coste de operación.
Los condensadores enfriados
por agua
son una mejor elección para la
mayoría de las plantas de tamaño industrial, especialmente si se utiliza el
amoniaco como refrigerante.
Condensadores atmosféricos
Está formado por un serpentín construido con tubo de acero sin soldadura. En la parte superior se colocan un roceador que distribuye al agua sobre
un condensador, en la parte inferior del condensador se coloca un
deposito que recoge el agua
y en un extremo una bomba, vuelve a impulsar el
agua hacia los
rociadores.
El agua
se introduce en los tubos
inferiores y luego pasa
varias veces a través
del condensador , la
gran superficie del líquido en la parte
inferior del condensador proporciona
un buen contacto con el vapor
para mantener la presión
correspondiente a la temperatura del líquido.
Esta superficie del
líquido está en contacto
directo con el vapor, por lo que
se reduce la presión de condensación.
Puede utilizarse dos o más
de dichos condensadores para
proporcionar la capacidad requerida para suministrar un
sistema alternativo de emergencia
durante los tiempo de paradas o para permitir
que se limpie un condensador mientras que el otro continua en servicio.
Durante el proceso de
condensación, el calor es eliminado por el roceador del agua sobre el tubo, que provoca una parte
de evaporación del agua en
función del calor latente de esta
evaporación a la temperatura de
condensación.
Condensadores
de evaporación forzada
Este condensador
funciona con el rendimiento
de un condensador evaporativo
depende el intimo contacto del agua
pulverizada y del
aire que circula en
corriente forzada pero principalmente
de las condiciones atmosféricas del aire que entra y muy
especialmente de la temperatura que indica el termómetro
húmedo.
El agua proporciona
en el enfriamiento evaporativo,
humedece la superficie para proporcionar una buena
transferencia de calor y ayuda a
incrementar la superficie de las gotas
de las gotas de agua pulverizada
Ventajas
Este tipo de condensador rinde mucho en zonas secas y poco en zonas húmedas.
El condensador
evaporativo ocupa menos especia
y está formado por un serpentín de condensación,
pulverizadores, ventilador, envolvente y separado de gotas.
Un condensador evaporativo
forzada suele ser más
barato que una combinación de
condensadores de coraza tubo y
torre de refrigeración.
Condensador de placas
Se fabrica
con una serie de placas
de acero inoxidable , que tienen
troquelado sobre ellas un dibujo
para asegurar la transmisión y aumentar el intercambio entre el refrigerante y el agua.
Todos los condensadores de placas se enfrían con agua o
liquido equivalente y cumple las
mismas condiciones de
disipación de calor que los condensadores
con agua.
Los
condensadores de placas pueden ser
de tipo soldado o desmontable, que facilita la
limpieza de las placas
Evaporadores.
Es un intercambiador de calor
donde se produce, el efecto
frigorífico por ebullición del
refrigerante.
La
misión principal del evaporador
es asegurar la
transmisión de calor desde el
medio en que se enfría hasta el fluido frigorigeno, el refrigerante líquido para evaporarse necesita absorber calor por tanto produce frio.
El proceso de evaporación es decir el calor
absorbido cuando se
evapora el refrigerante
líquido, es el propósito
del sistema de refrigeración
completa. La absorción de este calor es
el que denominamos enfriamiento.
Al evaporador llega el fluido frigorífico como
mescla del líquido y vapor, en su
recorrido por el evaporador el líquido
absorbe calor del ambiente y se
evaporiza gradualmente manteniendo una
presión constante. Así mismo cuando elimina
humedad del espacio se elimina
calor latente, el calor latente es el calor
oculto porque los termómetros no
lo registran pero sigue siendo calor al
igual que el calor sensible que
se tiene que eliminar y se
requiere energía para eliminarlo.
Requisitos
de los evaporadores.
El evaporador debe
proporcionar una superficie de transferencia de calor lo sufrientemente grande que pueda mantenerse
a una temperatura más baja que
el medio que está siendo enfriado.
El evaporador debe disponer
de una cámara para almacenar el refrigernate líquido que se va evaporar y el comportamiento para el vapor
debe estar separado del líquido.
El evaporador debe
proporcionar una circulación de refrigerante sin
que se produzca una caída de
presión excesiva
Clasificación
de evaporadores
Evaporadores enfriadores de
líquidos.
-
Evaporadores
de inmersión: están en función del
líquido a enfriar y en contacto íntimo con el mismo puede ser con el serpentín y espina de pescado. El serpentín es un
tubo sumergido dentro del líquido, la parrilla consiste en situar un colector de
recogida en la parte inferior del evaporador, el evaporador de espina
de pescado es igual que el
anterior pero los tubos
en vez de verticales son apodados.
-
Evporadores
multibulares orizaontales: son de construcción
parecida a los condensadores, pero se diferencian que pueden ser para refrigerantes fluorados.
Según el tipo de construcción.
Evaporadores de tubos
descubiertos, aca se utilizan tubos lizos de acero y suelen encontrarse
en evaporadores de grandes capacidades. Para los
refrigerantes fluorados y de pequeñas capacidades se utiliza el
cobre.
El interior del evaporador solo contiene entre un cuarto y un tercio
de la carga total del líquido,
sin embargo las ebullición sirve para tener mojado
al refrigerante liquido la mayor
parte, si no toda la superficie del interior.
Evaporadores de
tubos aleteados: se trata de serpentines de tubos descubiertos sobre los
cuales se colocan placas metálicas o aletas soldadas a presión sobre los tubos, utilizadas para congelación
con acumulación de escarcha en serpentines alertados trabajando a
temperaturas bajas, para conservación, climatización, para que el serpentín
ofrezca la misma resistencia al flujo del aire.
Según el método de alimentación del líquido
refrigerante
-
Evaporadores de expansión
seca: el
líquido refrigerante alimentado al evaporador está limitada a la
cantidad de que pueda ser
completamente vaporizada durante el tiempo de llegada hasta
el extremo final del evaporador.
Las zonas del líquido disminuyen en longitud mientras que las de vapor aumentan. Estas
zonas se mueven rápidamente desde el punto de formación hasta el extremo final del serpentín.
El control del
flujo refrigerante puede ser por tubo capilar o válvula de expansión termostática, para asegurar una completa
vaporización del refrigerante en
el evaporador o prevenir el
golpe del líquido, se permite
un sobre calentamiento de 5 ºC
al final del evaporador.
Además, el sobrecalentamiento
de las burbujas tiene un lugar entre las escorias de líquido. Esto seca la
superficie interna entre las escorias del líquido, por lo que hay realmente secciones
“secas” en el evaporador.
-
Evaporadores
de tipo inundado: son evaporadores de
fabricación especial normalmente
utilizan un dosificador de
flotador para mantener el nivel liquido
lo mas alto posible en el
evaporador. Al estar completamente inundado tiene
humedecida a toda la
superficie del flujo y por lo
tanto una mayor transferencia de calor.
-
El
refrigerante se encuentra en el interior del tanque o caldera. El calor fluye
desde la salmuera o líquido a través der las paredes de los tubos hacia el
refrigerante.
Los tubos proporcionan la
superficie necesaria para transferir el calor. La superficie superior del
refrigerante es adecuada para permitir que las burbujas debidas a la ebullición
se rompan proporcionando la separación de vapor adecuada.
Las burbujas ascienden por
los tubos provocando la circulación del refrigerante liquido hacia arriba a
través de los tubos y descendiendo por los laterales del evaporador.
Según el tipo de fluido a
refrigerar
-
Evaporadores
para enfriamiento de aire: un factor importante que interviene en este proceso
es la formación de escarcha que tiene a oponerse al intercambio de calor entre
el fluido frigorífico y el fluido a
refrigerar.
-
Dependiendo
de las necesidades del producto se tendrá
dos tipo de evaporadores:
Evaporadores de convección
natural: el cual se constituye con tubos
aleteados y raramente con tubos lizos, la circulación del aire
mejora con la ayuda de desviadores que
actúan además que la bandeja de desagüe.
Evaporadores de convección forzada:
son evaporadores colocados en
carcaza metálica equipado por uno o más
ventiladores, existen tres tipos:
Evaporadores de techo:
constituido por un elemento
aleteado encerrado dentro de una corriente metálica.
Evaporadores morales se utilizan
en cámaras frigoríficas de temperatura
positiva de poca altura, la impulsión de aire frio
se efectúa por la parte alta
y la toma de
aire caliente por la parte baja.
Frigoríficos con boca de
descarga: se utilizan en cargas frigoríficas de gran volumen en las que sus
dimensiones, especialmente la altura son importantes, el elemento aleteado se
coloca en la parte inferior de la caja con el objetivo de desescarchar por
aspersión de agua.
1.
Compresores:
En una instalación frigorífica se da el nombre de compresor
a la máquina que sirve para producir en el evaporador una presión suficiente
baja para que se vaporice el fluido refrigerante a la temperatura deseada y en
el condensador una presión suficientemente alta para el fluido condense a la temperatura
de las fuentes naturales (aire, agua).
Actualmente, los equipos
frigoríficos que desarrollan la compresión del vapor, los compresores
han de responder a las exigencias esenciales siguientes:
-
Bajo
consumo enérgico
-
Dimensiones
reducidas
-
Gran
fiabilidad y durabilidad
-
Nivel
adecuado de seguridad
-
Emisiones
débiles de ruidos
-
Posibilidad
de fabricación y mantenimiento pocos elevados
1.1.
Tipos de compresores:
Es difícil
establecer un clasificación completa y a la vez didáctica, pero quizás la mejor
y la más racional es aquella que agrupa a los compresores en razón de su
principio de funcionamiento, la cual permite distinguir entre
-
Compresores
de desplazamiento positivo, o volumétrico.
-
De
desplazamiento cinético, o dinámicos.
En el primer grupo se encuentran:
a.
Compresores
alternativos:
-
Ordinarios:
verticales, horizontales y radiales.
-
Especiales:
de pistón seco, de laberinto, electromagnéticos.
b.
Compresores
rotativos:
-
De
paletas
-
De
excéntrica
c.
Otros
tipos:
-
De
tornillo
-
De
membrana
En el segundo grupo se hallan:
a.
Compresores
dinámicos:
- centrífugos
- Axiales
Los compresores alternativos, los rotativos, los de
tornillo y los de membrana comprenden los llamados compresores de
desplazamiento positivo. El fluido refrigerante sufre una verdadera compresión
mecánica, pues la reducción volumétrica se realiza por medio de un elemento que
comprime.
La compresión centrifuga se realiza gracias a la acción de
la fuerza centrífuga ejercida sobre los vapores atrapados durante la rotación
de un rodete a gran velocidad. No poseen elemento compresor.
Independientemente de esta clasificación, todos los
compresores, tanto del grupo 1 como del grupo 2, pueden ser a su vez abiertos,
semi herméticos o herméticos.
Un compresor de tipo abierto es aquel en el que el
compresor y el motor de accionamiento están claramente diferenciados en dos
carcasas distintas. Se denominan herméticos cuando ambos se encuentran
englobados en una carcasa herméticamente cerrada; en este tipo se evitan las
posibles fugas de fluido frigoríficos domésticos. Estos compresores llevan el conjunto
motor-compresor y los demás órganos
montados en una campana herméticamente cerrada. Sólo las tuberías de aspiración
y de descarga atraviesan la pared. La tubería de descarga va al condensador y
la de aspiración desemboca en el interior de la campana.
2.
Descripción y principio de
funcionamiento
Los compresores de desplazamiento positivo realizan una
verdadera compresión mecánica, produciendo una reducción volumétrica por el
desplazamiento alternativo, rotativo o helicoidal de un elemento compresor
móvil en el interior de un espacio cerrado fijo.
En los compresores alternativos, el elemento compresor,
émbolo o pistón se mueve alternativamente, accionado por un sistema
biela-manivela, dentro de un cilindro que contiene los vapores de refrigerante.
2.1.
compresores alternativos
ordinarios
2.1.1. Funcionamiento
de un compresor alternativo
a.
Descenso del pistón
Se considera el pistón en el punto más
alto de su carrera, cuando acaba de descargar el gas en la cámara de descarga.
La cabeza del pistón no toca exactamente en el fondo del cilindro pues hay que
tener en cuenta las dilataciones que pueden producirse, las holguras
inevitables, etc. Por tanto, en su punto más alto de la cabeza del pistón dista
un espacio “e” del fondo del cilindro.
Este espacio se denomina “espacio
perjudicial” o “espacio muerto”. En él quedan cerrados los gases a la presión
de descarga. Cuando el pistón desciende, las dos válvulas están cerradas y el
gas va ocupando mayor volumen, ya que va disminuyendo la presión.
2.2.
Compresores alternativos
especiales
2.2.1. Compresores
de pistón seco con laberinto o con segmentos de plástico
Este
tipo de compresor nació a raíz de las necesidades que tenían algunas industrias
(químicas, farmacéuticas, etc.) de conseguir gases a presión completamente
puros, es decir desprovistos de restos de lubricantes o de partículas de
materiales arrancadas por frotamiento de los segmentos contra el cilindro, o por
las anillas de cierre del cigüeñal. Se
pensó entonces en la construcción de compresores que no necesitarán lubricación
alguna entre el pistón y el cilindro y en los que además estos elementos
estuviesen separados completamente del cárter.
Posteriormente
en el compresor de segmentos especiales se sustituyen los segmentos metálicos
por otros de tetrafluoretileno o teflón, producto que se caracteriza por su
excepcional resistencia química, sus propiedades auto lubricantes y por un
mínimo coeficiente de razonamiento. Se suelen adicionar elementos especiales
que aumenten su resistencia mecánica.
Este
tipo de compresor es muy utilizado en la industria alimentaria y en la química.
Actualmente la mayoría de los compresores de pistón seco se construyen con
segmentos de este material plástico.
2.2.2. Compresores
electromagnéticos
Este
tipo de compresores se utiliza generalmente para frigoríficos domésticos. Su
velocidad de funcionamiento es igual a la frecuencia de la corriente alterna.
Los compresores electromagnéticos constan de tres componentes principales,
fijados sobre un soporte en fundición y suspendidos en una caja estanca de
acero.
Al
conectar los bornes del compresor a la corriente alterna, se induce un flujo
magnético en el núcleo del circuito magnético.
Este
flujo magnético cambia continuamente de sentido, con la corriente alterna y
varía entre dos valores aproximadamente iguales y de signo contrario. Las
variaciones de flujo tienen como consecuencia la aparición de polaridades
alternativamente norte y sur en las extremidades del imán, y por consiguiente
la aparición de una fuerza alternativa, según su línea de desplazamiento.
El
imán móvil se pose asi en movimiento, arrastrando el pistón, que puede entonces
realizar su trabajo de compresión en el cilindro fijo, comprimiendo el fluido
refrigerante aspirando directamente de la carcasa.
2.3.
Compresores rotativos
En los compresores rotativos del
elemento compresor se transmite directamente por el árbol de transmisión del
motor, sin que medie ningún otro mecanismo. El elemento compresor que puede ser
de émbolo o de paletas, realiza la reducción volumétrica comprimiendo los
vapores de refrigerante en el espacio comprendido entre el cilindro estator y
el elemento mecánico complete, según el tipo de compresor.
Estos compresores presentan un
movimiento continuo, lo que permite hacerlos girar a velocidades mayores que
los compresores alternativos.
Se pueden utilizar tanto con todos los
refrigerantes del tipo flúor carbonados como con amoniaco. Sin embargo los
mejores resultados se han obtenido con fluidos cuya temperatura de ebullición
presión atmosférica, es relativamente elevada (-5°C a + 15°C).
Estos compresores se fabrican en todas
las potencias y pueden conseguir un vacío muy grande dado que su espacio
perjudicial es prácticamente despreciable.
Existen dos tipos fundamentales de
compresores rotativos.
-
Compresores
de paletas
-
Compresores
de excéntrica
2.3.1. Compresores
de paletasLos compresores de paletas constituidos
por un rotor ranurado con varias paletas que se instalan a distancia iguales,
introducido dentro de un cilindro de tal forma que en todo momento mantenga una
generatriz común con este.
Las paletas deslizan en sus alojamientos
y están constantemente apoyadas en el cilindro por medio de resortes, y en
determinados momentos gracias a la fuerza centrífuga desarrollada en la
rotación.
El refrigerante procedente del
evaporador a través del orificio de aspiración o de succion, llenando el
espacio comprendido entre el cilindro, descargándose entonces el gas comprimido
por el orificio de descarga hacia el condensador
2.3.2. Compresores
de excéntrica
Constan
de un rodillo cilíndrico de acero que gira sobre un eje excéntrico, montado
éste concéntricamente con un cilindro. Debido al eje excéntrico el rodillo
cilíndrico, toca solo al cilindro a lo largo de una generatriz.
Cuando
el rodillo esta tangente al cilindro en el lugar de la paleta, todo el espacio
comprendido entre el rodillo y el cilindro se llena de gas procedente del
evaporador. Hay que resaltar que en este tipo de compresor la aspiración se
hace de una manera continua.
2.4.
Otros tipos de compresores de
desplazamiento positivo
2.4.1. Compresores
de tornillo
Estos
compresores también llamados compresores helicoidales, se utilizan igual que
los compresores centrífugos, para la obtención de potencias frigoríficas muy
elevadas. No emplean válvulas de aspiración ni descarga y la compresión del refrigerante
evaporado se obtiene en el espacio resultante entre los engranajes helicoidales
de igual diámetro exterior, montados dentro de un cárter de fundición de alta
resistencia.
Estos
compresores deben ir provistos de separadores de aceite eficaces, ya que el
enfriamiento de la máquina se realiza por inyección de aceite de las diversas
partes de la misma, el cual, naturalmente se mezcla con el refrigerante
aspirado. Utilizan los refrigerantes flúores carbonados, aunque también se
emplean con amoniaco.
El
compresor de tornillo combina las ventajas de los compresores de desplazamiento
positivo con las de los compresores centrífugos.
2.4.2. Compresores
de membrana
Este
compresor, no tiene cierre de cigüeñal pues el fluido refrigerante no penetra
en el carácter, ni en el cilindro.
El
funcionamiento es el siguiente:
Un
pistón descarga y aspira aceite bajo una membrana pistón deformable sujeta
entre dos tapas.
Esta
membrana se apoya alternativamente en la tapa superior y en la inferior,
descargando y aspirando así el gas cada vez.
Este
compresor se utiliza para pequeñas y medianas potencias. Tiene la ventaja de
suprimir la preocupación del retorno del aceite, ya que este no se mezcla con
el fluido y de suprimir el cierre del cigüeñal, pero presenta el inconveniente
de las posibles roturas de la membrana.
2.5.
Compresores centrífugos
Los compresores centrífugos o turbo
compresores no poseen un elemento mecánico que realice la compresión de los
vapores aspirados, sino que la compresión se debe a la fuerza centrífuga
ejercida por la rotación a alta velocidad de los rodetes.
Dichos compresores consisten
fundamentalmente en una serie de rodetes, montados sobre un eje de acero y
encerrados en una cubierta de hierro fundido. El número de rodetes empleados
depende de la presión final ala que haya que someter al gas. Lo más corriente
son compresores con dos, tres y cuatro rodetes.
En este tipo de compresores, es
aconsejable utilizar refrigerantes con presiones de vapor pequeñas y gran peso
específico, debido a que la energía comunicada por el rodete no solo es función
de su velocidad, para un rodete dado, sino también a la densidad del vapor del
fluido refrigerante desplazado. Los rendimientos conseguidos en los compresores
centrífugos son relativamente altos, 70-80%.los bajos rendimientos que a veces
se producen son casi siempre debidos a turbulencias y fricciones del fluido
refrigerante.
3.
Válvulas de expansión
3.1.
Válvulas de expansión
manuales
Las válvulas de expansión manuales son
válvulas de aguja operadas manualmente. El flujo de líquido a través de la válvula
depende de la diferencia de presiones a
través del orificio de la válvula y del grado de apertura de la misma,
operación esta última que se realiza de forma manual. Asumiendo que la
diferencia de presiones en la válvula permanece constante todo el tiempo, sin
tener en cuenta la presión de evaporación o la carga del evaporador.
El principal inconveniente de una válvula de expansión manual es que no tiene respuesta
a los cambios de descarga del sistema además debe ser reajustada manualmente
cada vez que la carga del sistema varíe para prevenir la deficiente
alimentación o el exceso de carga del evaporador.
En la actualidad, el uso principal de la
válvula de expansión manual se restringe a su empleo como elemento auxiliar de
control, instalada en la tubería de by-pass. También es frecuente usarlas para
controlar el flujo a través de las tuberías de purgado de aceite.
3.2.
Válvulas de expansión
automáticas
Se trata en este caso de
válvulas de asiento accionadas automáticamente.
La válvula consiste principalmente
en:
-
Una
aguja u obturador
-
Un
asiento
-
Un
diafragma
-
Un
muelle cuya tensión puede ser variada por medio de un tornillo.
Una
válvula de expansión automática mantiene la presión constante en el evaporador,
inundando más o menos la superficie del mismo en respuesta a los cambios de
carga del sistema. La presión constante característica de la válvula de
expansión automática resulta de la
interacción de dos fuerzas opuestas:
-
Presión
del evaporador
-
Presión
del muelle
3.3.
Válvulas de expansión termostáticas
Debido a sus grandes ventajas y a su
fácil instalación, esta válvula es quizás la más utilizada en sistemas
frigoríficos. La válvula asegura que el vapor que se va formando en el
evaporador se recaliente hasta un cierto valor predeterminado. Esto permite
mantener el evaporador completamente lleno de refrigerante bajo la condiciones
de carga del sistema, sin peligro de paso de líquido a la tubería de
aspiración.
Una válvula de expansión termostática
consta de:
-
Aguja
y asiento
-
Diafragma
-
Bulbo
remoto cargado con fluido, el cual está abierto en el lado del diafragma a
través de un tubo capilar
-
Un
muelle, cuya tensión es ajustada mediante el uso de un tornillo.
El funcionamiento de una válvula
de expansión termostática es el resultado de la acción de tres fuerzas
independientes:
-
Presión
de evaporador
-
Presión
de muelle
-
Presión
ejercida por la mezcla líquido-vapor saturado en el bulbo remoto.
3.4.
Válvulas de salidas múltiples y distribuidores
de refrigerante
Cuando un evaporador tiene más de un
circuito refrigerante, el refrigerante es distribuido después de pasar por la válvula
de expansión por medio de distribuidores (que a veces forman parte de la
válvula).
Los distribuidores son de cuatro tipos
principalmente:
1. Tipo Venturi
2. Tipo caída de presión
3. Tipo centrifugo
4. Tipo tubo múltiple
Todos
pueden ser utilizados con cualquier válvula de expansión.
El
distribuidor de tipo Venturi provoca la menor pérdida de carga. Puede
instalarse en cualquier posición. El distribuidor de tipo caída de presión
provoca una turbulencia y caída de presión para mezclar de forma homogénea el
líquido y el vapor, eliminando el efecto de la gravedad.
El
distribuidor de tipo centrífugo promueve un efecto giratorio, que mantiene una
mezcla homogénea del líquido con el vapor. el distribuidor de tubo múltiple
depende del nivel en el que está instalado y de las velocidades bajas en la entrada para asegurar una distribución
adecuada a los circuitos del evaporador.
3.5.
Tubo capilar
Es el tipo más sencillo de todas las
válvulas de expansión o de regulación de caudal de refrigerante. Consiste en
una tubería de longitud fija, de pequeño diámetro instalada entre el
condensador y el evaporador, en lugar de la línea de líquido convencional.
Se emplea solamente con compresores de
tipo hermético, de capacidad relativamente constante.
3.6.
Válvulas de flotador
En los evaporadores de tipo inundado se
utilizan normalmente válvulas de regulación de caudal constante de refrigerante
de tipo flotador. La cámara de flotación puede estar o bien del lado de la alta
presión o bien en de la baja presión de la instalación frigorífica.
El flotador de baja presión puede
instalarse en el evaporador o en el acumulado de líquido en donde controlará el
nivel de líquido o también puede instalarse en un lugar fuera de estas unidades
en una cámara de flotación separada.
La válvula de flotador de alta presión
controla indirectamente la cantidad de líquido en el evaporador, manteniendo
constante el nivel de líquido en la cámara de flotación que se encuentra a alta
presión. Cuando para el compresor en una instalación de este tipo, baja el
nivel del líquido en la cámara de flotación, lo que hace que se cierre la válvula
y permanezca cerrada hasta que nuevamente arranque el compresor.
3.7.
Válvulas de solenoide
Las válvulas de solenoide son
ampliamente utilizadas en las líneas de refrigerantes, agua y salmuera, en
lugar de las válvulas de parada manual para mantener el funcionamiento
automático de la instalación.
Es simplemente una válvula de
funcionamiento eléctrico, que consiste esencialmente en un bobinado de hilo de
cobre aislado y un núcleo de hierro o armadura, el cual es desplazado hacia el
centro del campo magnético de a bobina cuando la bobina esta energetizada o
excitada.
3.8.
Válvulas de expansión
electrónicas
La aplicación de la electrónica en el
campo de la refrigeración industrial es un hecho.
Para tener una simple y rápida visión de
las posibilidades actuales se hará referencia a dos parámetros de regulación y
a un campo concreto de aplicación:
-
Inyección
de líquido electrónicamente
-
Regulación
de la presión de evaporación
-
La inyección del líquido en evaporadores
secos se ha realizado y se sigue realizando en este campo, mediante las
válvulas termostáticas de expansión con un buen resultado. Sin embargo, dentro
de sus limitaciones de utilización se pueden destacar:
-
Dependencia
del tipo de refrigerante utilizado
-
Dificultad
de ajuste y diagnostico
-
Sensibilidad
a los cambios de las condiciones de funcionamiento.
A la válvula de expansión controlada
electrónicamente se le ah de exigir por tanto, un cierto número de ventajas:
-
Funcionamiento
independiente de refrigerante.
-
No
ha e necesitar ajustes, debiendo presentar dispositivos de auto diagnosis.
-
Debe
de facilitar un control óptimo de la inyección de refrigerante de condiciones
de funcionamiento variables.
El sistema de válvula de expansión
electrónica consiste en tres componentes:
-
Regulador
electrónico
-
Válvula
de accionador
-
Sensores
El regulador debe estar conectado a la tensión de red de
alimentación. La utilización de la tensión de la red de suministro de
electricidad facilita la instalación y simplifica la utilización.
4.
Refrigerantes
Los refrigerantes o fluidos frigoríficos
son utilizados como medio de transporte de calor desde un punto a otro; actúan
absorbiendo calor y cediéndolo posteriormente.
Los refrigerantes pueden ser divididos
en dos grupos: primarios y secundarios.
Los refrigerantes primarios o fluidos
frigo rígenos son aquellos que producen el enfriamiento por la transformación
del líquido en vapor.
Refrigerantes secundarios o fluidos
frigoríferos transfieren la energía térmica desde el objeto a ser enfriado al
refrigerante primario.
Los primeros refrigerantes primarios
fueron:
-
Agua
-
Di
etileno
Después vinieron:
-
Dióxido
de azufre, con problemas de olor y toxicidad.
-
Dióxido
de carbono, reemplazado por la alta presión necesaria.
-
Distintos
tipos de hidrocarbonados.
4.1.
Características de los
refrigerantes
Las propiedades exigibles a un fluido
frigorígeno dependen de las condiciones de funcionamiento y de la relación con
sus propiedades físicas, termodinámicas, químicas, de seguridad y económicas.
4.1.1. Características
físicas
a. Presión
de vapor
La
presión de evaporación del refrigerante debe ser superior a la presión
atmosférica para evitar la introducción de aire y el aporte de humedad.
Respecto a la presión de condensación, esta no debe ser muy elevada y permitir
el empleo de elementos de menor mecánica; además no debe estar próxima a las
presión crítica del refrigerante, con el fin de facilitar la condensación.
b. Relación
de compresión
Debe
ser reducida en las condiciones de funcionamiento pues la eficacia volumétrica
varía inversamente con la relación de compresión.
c. Calor
latente de vaporización
Este
debe presentar un valor alto a fin de obtener una producción frigorífica
específica elevada y un menor caudal
másico a circular lo que permitirá usar equipos más pequeños y de menor
potencia.
d. Calor
específico del refrigerante
En
el líquido el calor específico debe ser bajo, y en el vapor debe ser alto, pues
esta característica aumenta el rendimiento del refrigerante.
4.1.2. Características
termodinámicas
La producción frigorífica específica, la
producción frigorífica volumétrica y la potencia frigorífica específica son las
magnitudes que permiten comparar el comportamiento termodinámico de los
refrigerantes.
4.1.3. Características
químicas
El
refrigerante no debe sufrir transformaciones químicas en las condiciones de utilización
del sistema frigorífico, y debe ser inerte frente a aceite, materiales de la
instalación y presencia de agua en el circuito.
4.1.4. Características
de seguridad
Las
características de seguridad de cada fluido frigorígeno son consideradas desde
diferentes aspectos:
-
Toxicidad:
causada por presentar mayor o menor grado de toxicidad para el hombre o más
ampliamente, por producir asfixia al desplazar el oxígeno-
-
Inflamación
o explosión: causada a partir de ciertos límites de concentración de aire.
-
Fugas:
los refrigerantes muestran diferente facilidad para provocar fugas en el
sistema frigorífico en operación.
-
Detección
de fugas: con independencia de las pruebas de estanqueidad a que son sometidos
los equipos nuevo, es necesario disponer de métodos de detección de fugas.
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA
Balboa, J. (2008). Manual de instalaciones
frigorìficas. Mèxico: Ceysa.
Infantas, T. S.-P.
(2001). Ingeniería del frío: Teoría y Práctica. España: AMV.
Langley, C. (2008).
Refrigeración. España: USA.
Sierra, C. G.
(2012). Refrigeraciòn industrial . Colombia: Ceysa.
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