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Guía Rápida de Conceptos de Refrigeración (segunda parte)
Conceptos de refrigeración. Segunda parte
En una entrega anterior revisamos las definiciones de diferentes conceptos de refrigeración que utilizamos todos los días en nuestro ambiente laboral. Para complementar la anterior lista les traemos la segunda parte de la definición de conceptos de refrigeración.
HUMEDAD. Se conoce como humedad a la cantidad de agua que se encuentra dispersa en el ambiente (aire). Cuando el aire contiene la máxima cantidad de agua permisible, es cuando se genera el concepto de saturación de agua en el aire. Conocemos dos formas distintas de humedad en nuestro ambiente laboral, la humedad relativa y la humedad específica.
HUMEDAD ESPECÍFICA. La humedad específica se define como la cantidad de masa (peso) de vapor de agua disuelto en el aire (humedad). Se expresa en unidades de libras de vapor de agua por libra de aire seco (aire con 0% de humedad)
HUMEDAD RELATIVA. Se le conoce como el porcentaje del grado de saturación de vapor de agua en el aire. Se expresa en una escala de 0 a 100%. Por ejemplo, se dice que cuando la humedad relativa es 0%, es porque no existe nada de agua disuelta en el aire. Un valor de humedad relativa de 50% nos indica que el aire a aceptado la mitad de la cantidad máxima de agua que puede absorber. Por último decimos que la humedad relativa del 100% ocurre cuando se llega a la saturación de agua en el aire.
SATURACIÓN. Se le conoce como saturación a la concentración máxima de un compuesto disuelto en otro. Es decir, que ya no puede agregar ni un solo gramo del compuesto que se disuelve en el otro. Por ejemplo, cuando el ambiente (aire) ya no puede absorber más agua (humedad) es que el aire está saturado de agua.
PRESIÓN ATMOSFÉRICA. En la presión que ejerce el aire que existe en el ambiente a la superficie de la tierra. Mientras más cerca nos encontremos del nivel del mar, va a existir más aire sobre nosotros, lo que genera una presión mayor. Si nos encontramos a una altura muy por encima del nivel del mar, tenemos menos aire sobre nosotros generando una menor presión atmosférica.
TRANSFERENCIA DE CALOR. La transferencia de calor es el proceso físico donde la energía interna de un cuerpo (que podemos medir como la temperatura) se mueve a un cuerpo con menor energía que el anterior. Por ejemplo, si tenemos un cuerpo a 100°C y lo sumergimos en una gran cantidad de agua fría, la energía del cuerpo caliente se transferirá al agua fría generando que la temperatura del cuerpo caliente disminuya. Es importante mencionar que la energía siempre fluye del cuerpo más caliente al más frío.
PUNTO DE ROCÍO. El punto de rocío ocurre en el momento en que se enfría el aire saturado de humedad, disminuyendo su capacidad de absorción de vapor de agua. Esto genera que el agua que ya no puede estar disuelta en aire se comience a condensar, generado unas pequeñas gotas de agua. El ejemplo más común de este efecto ocurre cuando dejamos una botella fría de refresco fuera del refrigerador y después de un tiempo empezamos a notar que la botella está sudando (se llena de gotas de agua). Esto ocurre porque la temperatura del aire cerca de la botella disminuye hasta un punto donde la humedad empieza a condensarse por fuera de la botella.
REFRIGERANTE. Se le conoce como refrigerante a las sustancias con bajos puntos de ebullición (menores a los -15°C) que se utilizan como medios para robar el calor del ambiente y desplazarlo a otra zona.
Esperamos que estas definiciones les ayuden a complementar sus conocimientos en el ámbito de la refrigeración.
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Condensador y Evaporador: Los corazones del Sistemas de Refrigeración.
Condensador y Evaporador: Los corazones del Sistemas de Refrigeración.
En un sistema de refrigeración, el condensador y el evaporador son las ventanas a través de las cuales el calor sale y entra de una habitación. Estos componentes, que operan como intercambiadores de calor, funcionan bajo la tendencia natural de hacer fluir la energía (temperatura) desde un espacio caliente hacia otro frío gracias a las propiedades termodinámicas del refrigerante que llevan dentro.
¿Cómo fluye el calor?
La transferencia de calor ocurre cuando un cuerpo de mayor energía (mayor temperatura) traspasa su calor a uno de menor energía (menor temperatura) por medio de 3 fenómenos: la conducción, donde el calor fluye a través del contacto directo; la convección, donde el calor viaja a través de un fluido como el aire (está es la principal forma de cambio de temperatura en un sistema de refrigeración); y la radiación, proceso donde la energía es emitida a través de ondas de calor.
En un sistema de refrigeración, el evaporador es el encargado de absorber la energía de un cuarto, y el condensador expulsa esa energía a la parte externa del cuarto.
¿Qué provoca la transferencia de energía?
La transferencia de calor se rige por medio de estados físicos que afectan en su capacidad de absorción de calor. Los tres principales factores que influyen en el flujo de calor se explican a continuación:
- Diferencial de temperatura. La cantidad de calor que fluye de un cuerpo con mayor temperatura a un cuerpo con menor temperatura es directamente proporcional a la diferencia de temperaturas entre estos. Entre mayor sea la diferencia de temperatura, mayor será el flujo de calor y las temperaturas de estabilizarán con mayor rapidez. En cambio, si la diferencia de calor es pequeña, la velocidad de transferencia de calor es menor.
- Área o superficie de contacto. El flujo de calor es directamente proporcional a la superficie de contacto. En grandes áreas de contacto entre un cuerpo frío y otro caliente, el calor fluirá más rápidamente que en áreas pequeñas donde el contacto es menor. Un buen ejemplo de este fenómeno sucede en los refrigeradores domésticos que cuentan con serpentín negro en la parte trasera. El serpentín aumenta el área de contacto del refrigerante que pasa en su interior, ayudando a la disipación del calor y mejorando la eficiencia del equipo.
- Conductividad de Materiales. La conductividad es la capacidad que tienen los materiales en transferir calor. Los conductores, que son materiales con altos valores de conductividad, permiten que el calor fluya más rápido a través de ellos; mientras que los materiales con menor conductividad de calor dificultan el flujo de la energía. Algunos materiales comúnmente utilizados en los sistemas de refrigeración por sus altos valores de conductividad son el Cobre, Aluminio, o inclusive el níquel.
FUNCIONES DEL EVAPORADOR Y CONDENSADOR.
El evaporador.
El evaporador es el encargado de absorber la energía del cuarto frío y transferirla al refrigerante. La absorción de energía promueve que el refrigerante se evapore dentro del sistema. Este proceso provoca que la temperatura del cuarto o habitación disminuya gradualmente mientras el refrigerante se esté evaporando.
Para generar el movimiento del refrigerante dentro de evaporador, todo el vapor que sale del equipo es succionado por el compresor, aumentando la presión necesaria para iniciar el proceso de condensación.
Algunos de los requisitos principales para el óptimo funcionamiento de un evaporador son:
- Mantener un volumen de intercambio constante.
- Permitir el flujo del refrigerante con una mínima caída de presión.
- Tener un diseño apropiado (con materiales adecuados) que permita flujo de calor al refrigerante en una forma fácil y rápida.
El condensador.
En el condensador, la operación es justamente contraía a la del evaporador. El vapor de refrigerante entra al condensador después de ser comprimido por el compresor a una alta presión y elevada temperatura, permitiendo el intercambio de calor con el aire, agua de proceso o con cualquier fluido. Esto logra el calor que absorbió del evaporador sea cedido al medio ambiente (o cualquier otro fluido). En el proceso de condensación, el refrigerante cambia de vapor a líquido saturado o líquido sub-enfriado, a fin de que se mantenga en fase líquida en su camino de retorno al evaporador.
Algunos de los tipos de condensadores más comunes, de acuerdo a su funcionamiento y/o sus materiales, son los siguientes:
- Enfriado por aire.
- Enfriado por agua.
- Tubo concéntricos
- Carcaza y tubos.
- Agua de torre.
Tres puntos importantes que con los que debe cumplir un condensador son los siguientes:
- Poseer suficiente área de intercambio.
- Mínima caída de presión.
- Materiales que faciliten la transferencia de calor.
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IMPORTANCIA DE LOS DIAGRAMAS EN LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO
Cuando nos referimos al mantenimiento o reparaciones en algunos equipos de refrigeración o aire acondicionado, existen varias situaciones con las que nos podemos encontrar. En esta publicación vamos a hablar de 2 muy comunes: las fallas mecánicas y las fallas de control/eléctricas.
Las fallas mecánicas incluyen, entre otras tantas: que el plato de válvulas este dañado, compresor con válvulas rotas, válvula de expansión obstruida, filtro deshidratador saturado, y más. Todos estos problemas los debemos de conocer muy bien en la industria de la refrigeración, pero no se deben de descuidar las fallas de control y eléctricas, ya que cada día son más relevantes en estos sistemas de refrigeración.
FIG. 1. Diagrama eléctrico de AC Carrier de 36,000 BTUs
Los técnicos, además de tener los conocimientos sobre los fundamentos de refrigeración, también debemos de saber leer un diagrama eléctrico o circuito de control, que hoy en día son de suma importancia en el funcionamiento de estos equipos. Estos diagramas usualmente son proporcionados por el fabricante (Ver Fig. 1), en estos se puede observar como se encuentra el cableado y que circuito se debe completar para que nuestro sistema funcione correctamente.
FIG. 2. Ejemplo de codificación en colores en un diagrama
Los diagramas se componen de símbolos y líneas, usualmente codificados con colores (Ver Fig. 2), que representan como está acomodado el cableado del equipo. Están diseñados para ser leídos fácilmente al momento de restablecer el sistema. En los dibujos o símbolos podemos encontrar la descripción de los capacitadores, el motor ventilador del condensador, el compresor y todos los elementos que integran el sistema de refrigeración (Ver Fig 3). Los técnicos deben de tener la habilidad de reconocer e identificar los componentes de la unidad y de esa forma analizar la secuencia de un arranque en la unidad o identificar una falla de control/eléctrica.
Fig. 3. Diagrama de cableado de Unidad al aire libre
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Un filtro deshidratador o secador correcto puede hacer la diferencia en el funcionamiento del sistema.
El filtro deshidratador o secador es uno de los componentes básicos del sistema de refrigeración y aire acondicionado, siendo responsable por evitar que impurezas y/o humedad pasen hacia el elemento de control (tubo capilar o válvula de expansión) o hacia el propio compresor. Por eso, es esencial que se use un modelo de buena calidad y que sea adecuado al equipo en donde se instalará, además propio para el tipo de refrigerante marca Genetron con el que trates.
Una de las principales funciones del filtro es la de absorber humedad en el sistema. Aún después realizar un proceso de vacío correctamente, podría existir humedad, por eso el filtro es muy importante. Además, el filtro también tiene la función de impedir que pasen partículas sólidas (astillas metálicas de acero o de cobre, residuos de soldadura, entre otras) lo que pueden provocar que el sistema se pueda tapar y traer problemas como baja de enfriamiento, protección por baja presión de succión, alta temperatura de la descarga, por mencionar algunos.
Muchas veces la obstrucción es parcial, llevando a la caída de rendimiento del sistema. En este caso, el problema puede ser incorrectamente atribuido al compresor o a la carga del refrigerante. Por ello, se necesita hacer un análisis detallado de la situación antes de iniciar el trabajo.
Ejemplo del tipo de filtro deshidratador.
La mayoría de los fabricantes de filtros deshidratadores publican tabla de capacidad
CAPACIDAD DE FLUJO DE REFRIGERANTE —
Es el máximo flujo de refrigerante (en toneladas) que el filtro secador deja pasar con una caída de presión de 1 psi. Los valores en toneladas están basados una temperatura de líquido de 30°C y flujos de refrigerante.
3.1 lbs. Por minuto por tonelada de refrigerante 134a
2.9 lbs. Por minuto por tonelada de refrigerante 22
3.9 lbs. Por minuto por tonelada de refrigerante 404A
2.9 lbs. Por minuto por tonelada de refrigerante 407C
2.8 lbs. Por minuto por tonelada de refrigerante 410A
4.1 lbs. Por minuto por tonelada de refrigerante 507
Hay que recordar que existe una gama muy extensa de tipos de filtros deshidratadores, el técnico debe conocer la mejor opción para la protección del equipo.
A continuación te proporcionamos un enlace a la página web del fabricante Parker, en ella podrás localizar el mejor filtro deshidratador según tu necesidad.
http://ph.parker.com/us/17575/es/refrigerant-filters-dryers-spd
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Importancia de los diagramas en los Sistemas de Refrigeración y Aire Acondicionado.
Cuando de mantenimiento o reparaciones en un equipo de refrigeración o aire acondicionado hablamos, existen varios tipos de eventos que podemos identificar. Principalmente podemos hablar en esta ocasión de 2 tipos de ellos; Las fallas mecánicas y fallas control o eléctricas.
Algunos ejemplos de fallas mecánicas pueden ser; El plato de válvulas dañado en un compresor semi-hermético, compresor con válvulas rotas compresor hermético, válvula de expansión obstruida, filtro deshidratador saturado, condensador o evaporador serpentín sucio, etc. Que normalmente estos tipos de fallas las normalmente las dominamos, pero en la industria de la refrigeración y el aire acondicionado NO debemos dejar atrás las fallas de control y/o eléctricas que cada día son más relevantes en estos sistemas de refrigeración, además de las nuevas tecnologías como mini Split inverter.
Los técnicos, además tener los conocimientos sobre los fundamentos de refrigeración mecánicos, también deben saber leer un diagrama eléctrico o circuito de control, que hoy por hoy son muy importantes en el funcionamiento de estos equipos. Los fabricantes normalmente, nos indican en un solo diagrama esquemático, como se encuentra el cableado y que circuito se debe completar para que nuestro sistema funcione correctamente, los cuales son representados en líneas, diagramas con líneas de colores, alfa/numérico o dibujos.
Normalmente encontramos diagramas de fuerza y diagrama de control.
“Tarjeta de control para mini Split”
Diagrama de cableado con código de colores, “Sistema de Refrigeración”
Los diagramas los podemos encontrar con símbolos y líneas, que en algunos casos se codifican con colores que aparecen tal cual viene el cableado del equipo real, o también las líneas pudieran venir enumeradas L1, L2, L3, etcétera; como alimentación del equipo, para su fácil comprensión al momento de restablecer el sistema. En los dibujos o símbolos podemos encontrar la descripción de los capacitores, el contactor, motor ventilador del condensador, el compresor y todos los elementos que integran el sistema de refrigeración o aíre acondicionado, además de otros accesorios. Los técnicos deben tener la habilidad de reconocer e identificar los componentes de la unidad, de esta forma podemos analizar la secuencia de un arranque de la unidad o poder identificar una falla eléctrica o de control.
En sistemas un poco más grandes se tiene una leyenda, que no es más que un listado de todos los componentes y conexiones del equipo, y adicionalmente en algunos casos nos da a conocer la secuencia de arranque que todo el sistema.
Con el conocimiento de poder leer un diagrama eléctrico y diagrama de control, los técnicos de servicio pueden identificar fallas, secuencias de arranque, controles dañados, diferenciar voltajes de control.
En la actualidad debemos conocer, además de ciclo del refrigerante en los equipos, todas las funciones de los accesorios del sistema eléctrico y de control; dando oportunidad de saber cuál cable o accesorio se deben reemplazar, además de identificar cual es la función que debe cumplir.
Recuerda que estos circuitos van desde lo más sencillo (mini Split, unidad de ventana) hasta lo más sofisticado “electrónico” (Chillers de agua fría, racks de supermercados, etc.).
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