Noviembre 2012

Instructor: Ing. Juan Carlos Morales

INTRODUCCIÓNEl objetivo de la refrigeración mecánica es enfriar un objeto o ambiente por medio de los dispositivos desarrollados por el ser humano para este fin.Para lograr este propósito partimos de conocimientos de la física de los materiales y en particular, los gases, según los cuales, el calor, como forma de energía, siempre tiende a fluir hacia un entorno más frío.

CALOREl Universo está hecho de materia y energía. La materia está compuesta de átomos y moléculas (que son grupos de átomos) y la energía hace que los átomos y las moléculas estén en constante movimiento - rotando alrededor de si mismas, vibrando o chocando unas con otras. El movimiento de los átomos y moléculas crea una forma de energía llamada calor .

TEMPERATURALa temperatura es una medida del calor o energía térmica de las partículas en una sustancia.¿Cómo medimos la temperatura?Todo empezó con el establecimiento de una escala de temperaturas. Esta escala permite asignar un número a cada medida de la temperatura. A principios del siglo XVIII, Gabriel Fahrenheit (1686-1736) creó la escala Fahrenheit. Fahrenheit asignó al punto de congelación del agua una temperatura de 32 grados y al punto de ebullición una de 212 grados. Su escala está anclada en estos dos puntos. En 1743, Anders Celsius (1701-1744) inventó la escala Celsius. Usando los mismos puntos de anclaje Celsius asignó al punto de congelación del agua una temperatura de 0 grados y al de ebullición una de 100 grados. La escala Celsius se conoce como el Sistema Universal. Hay un límite a la temperatura mínima que un objeto puede tener. La escala Kelvin está diseñada de forma que este límite es la temperatura 0. La relación entre las diferentes escalas de temperatura es la siguiente:

Fórmulas para conversión de temperaturas

°F = 1.8°C + 32 °C = °F - 32 / 1.8 °C = K - 273.15 K = °C + 273.15

°F = grados Fahrenheit °C = grados centígrados o Celsius K= grados kelvin

PRESIÓN

La presión es una fuerza aplicada a una superficie o distribuida sobre ella. La presión “P” ejercida y distribuida sobre un Área se define como

La ebullición es el proceso físico en el que un líquido pasa a estado gaseoso. Se realiza cuando la temperatura de la totalidad del líquido iguala al punto de ebullición del líquido a esa presión.

Este proceso es muy distinto a la evaporación, que es paulatino y para el que no es necesario el calentamiento de toda la masa.

Existe una relación directa entre la presión y la temperatura de ebullición de los líquidos.Por ejemplo: El agua hierve a los 100 grados Celsius pero si se encuentra a una presión de 1 bar, que es la presión producida por la capa de aire atmosférica sobre 1 m2 de área sobre la tierra.

Presión manométrica

Temperatura de ebullición Notas

(bar) (grados C) 0 100 Temperatura a la que suponemos que el agua hierve 1 120 2 134 3 144 Temperatura a la que hierve el agua en una olla express

(aquí el agua permanece a 144 grados celcius antes de convertirse en vapor, lo que permite que los alimentos puedan cocerse a 144 grados, lo que acelera el proceso de cocción.)

-0.5 81 Cuando generamos un vacio el punto de ebullición disminuye.

( esto significa que el agua hierve a 81 grados celcius.)-1 32 Un vacío mayor, en este caso de -1 bar provoca que el agua hierva a

los 32 grados Celsius.

Consideremos que tenemos un recipiente de vidrio conteniendo agua, y en la tapa conectamos un equipo que disminuya la presión interna del envase donde mantenemos el agua.Si disminuimos la presión del agua hasta -1 bar observaremos que el agua comienza a hervir a los 32 grados centígrados, lo que significa que cuando modificamos la presión a la que se encuentran los líquidos, podemos modificar el punto de ebullición.

GAS REFRIGERANTEEs un fluido que tiene como misión la de absorber calor de una fuente de mayor temperatura y desecharlo en una fuente de baja temperatura.

Características a cumplir por un refrigerante:- No ser venenoso-No ser explosivo- Inflamable-Debe tener un punto de ebullición a baja temperatura a un bar de presión atmosférica o cero bars en presión manométrica.

INTRODUCCIÓN:En esta sección se mostrara el funcionamiento del proceso o ciclo de refrigeración aplicando los principios que lo generan.

PRIMER PRINCIPIO: El calor se transfiere de la materia u objetos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura.

60 0C 20 0C

Esto permite que dentro de una caja congeladora podamos hacer pasar un líquido a baja temperatura dentro de un tubo y que el material a refrigerar (un refresco por ejemplo) seda su calor hacia el gas que tiene menor temperatura.

SEGUNDO PRINCIPIO: Un líquido cuando cambia de estado de líquido a gas requiere calor para su transformación, este calor es tomado de cualquier objeto o materia que este cercano al líquido, refrigerándolo. Por lo tanto requerimos de líquidos que hiervan a baja temperatura (refrigerantes).

PARTES DEL CICLO DE REFRIGERACIÓN

1.- Compresor2.- Condensador3.- Evaporador4.- Tubo capilar5.- Deshidratador

Compresor: Su trabajo es succionar el gas, comprimirlo y expulsarlo a una mayor presión

Condensador: El condensador es un tubo en forma de intercambiador de calor que extrae el calor del gas refrigerante que pasa por sus paredes y lo entrega al aire que lo rodea.

Evaporador: Consiste también en un tubo en forma de intercambiador de calor donde el calor de los objetos que se desean refrigerar es cedido al líquido refrigerante para que este lo transporte.

Tubo capilar: Provee una caída de presión al líquido refrigerante.

Deshidratador: En un circuito de refrigeración es necesario instalar un equipo que absorba la humedad que se pueda encontrar mezclada con el refrigerante para evitar daños en el compresor , esto se logra con el deshidratador.

CICLO TERMODINAMICO DE LA REFRIGERACIÓN

DESCRIPCIÓN DEL CICLO

A-B SOBRECALENTAMIENTO PRIMEROEl compresor aspira desde la línea de baja punto A, hacia el punto B. En la trayectoria entre estos dos puntos el fluido esta en contacto térmico con el conducto de aspiración del compresor (tubería de baja presión) y al rozar contra el mismo absorbe temperatura. Entonces la temperatura del fluido vapor aumenta por recalentamiento.

B-C SOBRECALENTAMIENTO SEGUNDO Dentro del compresor el fluido entra en contacto con los componentes del mismo, la temperatura del fluido aumenta también por intercambio.

C-D COMPRESIÓNUna vez terminada la aspiración, el vapor es estrangulado dentro del cilindro para aumentar su presión a 16 bar, alcanzando una temperatura de 450C .

D-E DES-SOBRECALENTAMIENTOEl rozamiento del fluido contra las paredes del conducto de descarga, el calor almacenado por las partes mecánicas, etc, hacen que la temperatura de descarga alcance los 820C, en ocasiones1160C.El fluido entonces está sobrecalentado en el punto D. Además el fluido es conducido hacia el condensador, pero antes de llegar su temperatura es disminuida mientras se aleja del compresor.

E-F PRINCIPIO DE LA CONDENSACIÓNEn esta fase de funcionamiento, el fluido vapor a alta presión y temperatura irá intercambiándose dentro del condensador hasta alcanzar la temperatura de condensación. Desde el punto E hasta F, en un principio, sólo variaría su temperatura y justo en F se fabricaría la primera gota de líquido.F-G CONDENSACIÓNAl formarse la primera gota de líquido, el fluido entra en transformación y su estado actual es una mezcla de vapor-líquido. Su transformación seguirá en aumento, cada vez más líquido, mientras recorra el serpentín del condensador. Hasta el punto G, concretamente, el fluido es 100% líquido.

G-H EL SUBENFRIAMIENTOEl subenfriamiento es una fase importante para el buen funcionamiento de una instalación frigorífica. Una vez terminada la condensación, el líquido seguirá dentro del condensador para extraer más energía, esta vez bajando en forma de calor sensible. H-I EXPANSIÓNAl salir del condensador convertido totalmente en líquido subenfriado, se dirige a la válvula de expansión termostática o al tubo capilar. En ella se provoca una caída de presión importante que se debe a la reducción del diámetro de paso para el líquido.I-A EVAPORACIÓNEl líquido llega al evaporador a una baja presión, esta baja presión permite que el fluido tenga la capacidad de evaporarse o hervir, a baja temperatura, y esta evaporación para llevarse a cabo requiere de energía calorífica, la cuál es extraída de los materiales a refrigerar.

EL COMPRESOR

Durante la carrera de descenso del pistón, se abre la válvula de admisión accionada por el vacío creado por el propio pistón, mientras la de descarga se aprieta contra su asiento, de esta forma se llena de líquido el espacio sobre él. Luego, cuando el pistón sube, el incremento de presión cierra la válvula de admisión y empuja la de escape, abriéndola, con lo que se produce la descarga. La repetición de este ciclo de trabajo produce un bombeo pulsante a presiones que pueden ser muy grandes.

Procedimiento Para Cambiar el CompresorAntes de iniciar el cambio del compresor, se debe asegurar la disponibilidad de un modelo de compresor con las características idénticas al del sistema original, con fluido refrigerante y filtro deshidratador compatible, además de las herramientas y equipos apropiados. Una de las herramientas importantes en el cambio de un compresor es la bomba de vacío la cual, debe ser de 1.2 CFM (pies cúbicos por minuto) o mayor.

Como Retirar el Filtro DeshidratadorSiempre tenga presente que la sustitución del compresor exige también la sustitución del filtro deshidratador y del tubo capilar, debiendo seguirse los siguientes pasos:1. Caliente lentamente el área de la soldadura del tubo capilar con el filtro y al mismo tiempo retire el capilar usando una fuerza moderada para no romperlo dentro del filtro deshidratador.2. Después del enfriamiento, tape el extremo del tubo capilar con un tapón de caucho (neopreno). Al retirar el filtro, se debe evitar el calentamiento excesivo, para impedir que la eventual humedad retenida en el filtro se vaya para la tubería del sistema.

Posición del filtro deshidratadorEl filtro secador debe ser instalado en la posición vertical con el tubo capilar en la parte inferior. Esta posición evita que los granos del desecante se friccionen y liberen residuos. También, permite una igualación de la presión más rápida en aquellos sistemas que usan tubos capilar como medio de expansión.

VACIO:Aplique un vacío de 500 micrones (29.90 pulgadas de mercurio) y nunca con un tiempo menor a los 20 minutos en este nivel. Nunca use alcohol u otros derivados como solventes. Estos productos provocan corrosión en la tubería, en las partes metálicas del compresor y tornan los materiales eléctricosaislantes quebradizos. Al cargar refrigerante, recuerde que la mayoría de los sistemas de refrigeración domésticas trabajan con poca cantidad de fluido refrigerante (menor a 350 gramos) y utilizan el tubo capilar como elemento de control.VISCOCIDAD:La viscosidad de un aceite para compresores con R-12 es ISO-32 (150 SSU) y para los modelos con R134a, es ISO-22 (100 SSU). En el caso de compresores con R- 12, la mezcla entre ellos da como resultado la disminución de la vida del compresor y también aumenta de forma significante el consumo de energía y el nivel de ruido ya que, el exceso de aceite grueso (más viscoso) actúa como un freno.CAPACITORES DE ARRANQUE

REFRIGERANTESEl R-134a es un refrigerante HFC de largo plazo que sustituye al R-12. Sus aplicaciones incluyen el reemplazo y uso en instalaciones nuevas de aire acondicionado automotriz , así como en equipos de refrigeración comercial, estacionario de alta temperatura y enfriadores.

El R-22 es un refrigerante de base HCFC usado en aplicaciones de aire acondicionado residencial y comercial de media y baja temperatura.