1 REFRIGERACIÓN Y ACONDICIONADORES DE AIRE

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA INDOAMÉRICA A Otro nivel

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA INDOAMERICAA otro nivel

REFRIGERACIÓN Y ACONDICIONADORES DE AIRE

Mg. Sc. Fernando Cuenca R.

QUITO

2008


PRESENTACIÓN

El módulo de Refrigeración y Acondicionadores de Aire, está dividido en siete capítulos, los cuales contienen la teoría para aplicar a las diferentes prácticas que desarrollaremos en el transcurso del curso, adicionalmente al final de cada capítulo usted deberá contestar el cuestionario correspondiente para facilitar su aprendizaje.

Los sistemas de Refrigeración y acondicionadores de aire tienen el mismo principio de funcionamiento en sus aplicaciones domésticas, comerciales e Industriales, la diferencia entre estas aplicaciones son los elementos de control y de protección. En el desarrollo de este curso, usted podrá familiarizarse con estas aplicaciones ya que compartiremos los conocimientos utilizando equipos didácticos y sistemas reales para realizar las prácticas aplicando los conocimientos teóricos.

El capítulo uno, contiene los conceptos y leyes en los cuales se basa el estudio de los sistemas de refrigeración y acondicionadores de aire. El capítulo dos, trata sobre los refrigerantes, en el cual se puede comprender las características, peligros y precauciones que se debe tener al maniobrar con estos productos químicos. En el capítulo tres, usted podrá diferenciar los componentes mecánicos que conforman los sistemas de refrigeración y acondicionadores de aire. En el capítulo cuatro, se presenta el gráfico de Mollier que es una herramienta muy útil para determinar el funcionamiento de los componentes principales de los sistemas de refrigeración y acondicionadores de aire. En el capítulo cinco, podrá observar claramente los diferentes pasos para realizar la carga de refrigerante en los sistemas de refrigeración y acondicionadores de aire. En el capítulo seis, se muestra las diferentes aplicaciones de los sistemas de acondicionadores de aire. En el capítulo siete se presenta los circuitos mecánicos y eléctricos de los sistemas industriales.

En el área de Ingeniería Industrial, el conocimiento de los sistemas de Refrigeración y Acondicionadores de Aire, es de gran importancia ya que en la actualidad con el problema del recalentamiento global, el uso de estos sistemas está alcanzando altos niveles, también en las zonas tropicales el uso de estos sistemas ha sido de vital importancia. En el campo profesional, debe conocer perfectamente las características de funcionamiento de estos sistemas para que pueda determinar las causas de las fallas que se pueden ocasionar y corregir dichas averías.


INDICE GENERAL1. CONCEPTOS Y LEYES DE REFRIGERACIÓN Y ACONDICIONADORES DE AIRE. ……………………………………………………………………………….1.1. AIRE ACONDICIONADO ……………………………………………………….….1.2. REFRIGERACIÓN……………………………………………………………….….1.3. CALOR y FRÍO…………………………………………………………………...….1.4. CALOR ESPECÍFICO. ………………………………………………………….….1.5. CALOR SENSIBLE………………………………………………………………….1.6. CALOR LATENTE. ……………………………………………………………...….1.7. TRANSMISIÓN DE CALOR…………………………………………………….….1.8. TEMPERATURA. ……………………………………………………………….….1.9. CAMBIOS DE ESTADO. ……………………………………………………….….1.10. PRESIÓN DE FLUIDOS. ……………………………………………………..….1.11. RELACIÓN ENTRE LA TEMPERATURA Y LA PRESIÓN………………..….1.12. LEYES DE LA TERMODINÁMICA……………………………………………….1.13. EBULLICIÓN Y EVAPORACIÓN……………………………………………..….1.14. CICLO DE REFRIGERACIÓN………………………………………………...….

2. REFRIGERANTES Y ACEITES………………………………………………….2.1. REFRIGERANTES………………………………………………………………….2.2. ACEITES………………………………………………………………………….….

3. ELEMENTOS MECÁNICOS. …………………………………………………….3.1. COMPRESORES. ……………………………………………………………….….3.2. CONDENSADORES. …………………………………………………………...….3.3. FILTROS SECADORES. ……………………………………………………….….3.4. SISTEMAS DE EXPANSIÓN. …………………………………………………….3.4.1. EL TUBO CAPILAR. ………………………………………………………….….3.4.2. VALVULA DE EXPANSIÓN TERMOSTÁTICA…………………………….….3.5. EVAPORADORES. ……………………………………………………………..….3.6. ACUMULADORES. ……………………………………………………………..….

4. EL GRÁFICO DE MOLLIER. ……………………………………………………..….4.1. MAGNITUDES UTILIZADAS EN EL GRÁFICO DE MOLLIER……………..….4.2. SISTEMA DE REFRIGERACIÓN EN EL GRÁFICO DE MOLLIER……….….

5. VACÍO Y CARGA DE REFRIGERANTE………………………………………...….5.1. JUEGO DE MANÓMETROS. ………………………………………………….….5.2. VALVULAS DE SERVICIO. ……………………………………………………….5.3. BARRIDO…………………………………………………………………………….5.4. VACÍO. ……………………………………………………………………………….5.5. CARGA POR EL LADO DE BAJA. ……………………………………………….5.6. CARGA POR EL LADO DE ALTA. ……………………………………………….

6. SISTEMAS DE ACONDICIONADORES DE AIRE……………………………..….6.1. PROCESO DEL ACONDICIONADOR DE AIRE. ……………………………….6.2. SISTEMA DOMÉSTICO. …………………………………………………………..6.3. SISTEMA CONVENCIONAL DE ESTACIÓN CENTRAL CON DUCTOS…….6.4. BOMBA DE CALOR. ……………………………………………………………….

7. CIRCUITOS MECÁNICOS Y ELÉCTRICOS DE SISTEMAS INDUSTRIALES. ………………………………………………………………….….7.1. CIRCUITO MECÁNICO Y ELECTROMECÁNICO DE UN SISTEMA DE REFRIGERACIÓN INDUSTRIAL. ………………………….7.2. CIRCUITO ELÉCTRICO DE UN SISTEMA DE REFRIGERACIÓN O ACONDICIONADOR DE AIRE INDUSTRIAL. ……………………………….….

111112246778889

111114

151518212222232425

272727

31313132333435

3636383845

47

47

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EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN:

TRABAJO EN GRUPO 4 PUNTOSTRABAJO EXTRA CLASE 3 PUNTOSEVALUACIÓN 3 PUNTOS

OBJETIVO GENERAL:

Al finalizar el curso, los estudiantes estarán en capacidad de diferenciar los elementos constitutivos de los sistemas de refrigeración y acondicionadores de aire, así como también determinar el funcionamiento, además conceptuar leyes y conceptos aplicados al funcionamiento de estos sistemas, realizando las prácticas correspondientes aplicando la teoría impartida.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

OBJETIVO ESPECÍFICO 1

Al finalizar el capítulo uno, los estudiantes estarán en la capacidad de aplicar los conceptos y leyes en los cuales se basa el estudio de los sistemas de refrigeración y acondicionadores de aire, realizando ejercicios prácticos de laboratorio.


Al finalizar el capítulo dos, los estudiantes estarán en la capacidad de distinguir las características, peligros y precauciones que se debe tener al maniobrar los refrigerantes.


Al finalizar el capítulo tres, los estudiantes podrán diferenciar los componentes mecánicos que conforman los sistemas de refrigeración y acondicionadores de aire, realizando ejercicios prácticos de laboratorio.


Al finalizar el capítulo cuatro, los estudiantes estarán en capacidad de dibujar sistemas de refrigeración en el gráfico de Mollier para determinar el funcionamiento de los componentes principales de los sistemas de refrigeración y acondicionadores de aire, realizando prácticas de laboratorio.


Al finalizar el capítulo cinco, los estudiantes estarán en capacidad de realizar la carga de refrigerante en los sistemas de refrigeración y acondicionadores de aire, realizando prácticas de laboratorio.


Al finalizar el capítulo seis, los estudiantes podrán distinguir las diferentes aplicaciones de los sistemas de acondicionadores de aire.


Al finalizar el capítulo siete, los estudiantes podrán distinguir los diferentes circuitos mecánicos y eléctricos de los sistemas industriales.


INTRODUCCIÓN

Esta guía está realizada con la finalidad de facilitar a los estudiantes la comprensión del funcionamiento de los sistemas de Refrigeración y Acondicionadores de Aire, potenciando el desarrollo de conocimientos, destrezas y habilidades eficientemente, así usted logrará un óptimo desarrollo de competencias técnicas, metodológicas, sociales y personales, introduciéndolo al campo profesional con bases sólidas de conocimiento teórico – práctico, con un alta estima y excelentes relaciones interpersonales con la comunidad.


1. CONCEPTOS Y LEYES DE REFRIGERACIÓN Y ACONDICIONADORES DE AIRE.

1.1. AIRE ACONDICIONADO

El acondicionamiento del aire es el proceso que enfría, calienta, purifica el aire, haciéndolo circular hacia un volumen donde se necesite, controlando además, su contenido de humedad. En condiciones ideales logra todo esto de manera simultánea.

1.2. REFRIGERACIÓN

Es el proceso de quitar energía térmica de donde no se desea y deshacerse de la misma en un lugar donde se desee o no exista objeción.

Por consiguiente, La refrigeración debe considerarse, como un proceso de extracción de calor.

El principio de funcionamiento de los sistemas de refrigeración y acondicionadores de aire es el mismo, por lo tanto los dos sistemas utilizarán los mismos componentes eléctricos, mecánicos y electromecánicos en sus aplicaciones domésticas, comerciales e industriales.

1.3. CALOR y FRÍO

El calor es una forma de energía que se radia de un cuerpo caliente a otro cuerpo menos caliente.

La principal fuente de calor es el sol, también se puede producir calor por otros medios, tales como: combustión, fricción, electricidad, reacciones químicas y por la compresión de gases.

La teoría del calor se define por el movimiento molecular. Cuanto más enérgico resulta dicho movimiento, mayor es el calor que proporciona el cuerpo.

Al desprenderse este calor disminuye el movimiento de las moléculas, que no desaparece hasta llegar al cero absoluto (- 273C).

Así, pues, en todo cuerpo que se halle por encima de esta temperatura existe teóricamente calor.

En cuanto al frío, no existe teóricamente como término positivo, sino que representa simplemente ausencia de calor. El frío no puede desprenderse ni radiarse.

1.4. CALOR ESPECÍFICO.

Es la capacidad de un cuerpo para absorber calor.

Es la energía térmica necesaria para elevar un grado de temperatura a una masa de cualquier material.

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TABLA DE CALORES ESPECÍFICOS DE ALGUNOS MATERIALES:

MATERIAL CALOR ESPECÍFICO(Sistema ingles)

CALOR ESPECÍFICO(Sistema internacional)

AGUA 1,00 Btu/lbºF 4,2 kJ/kg ºCHIELO 0,50 Btu/lbºF 2,1 kJ/kg ºCVAPOR 0,48 Btu/lbºF 2,016kJ/kg ºC

AIRE SECO 0,24 Btu/lbºF 1.008kJ/kg ºC

1.5. CALOR SENSIBLE.

Es la cantidad de calor que se utiliza para variar la temperatura de un cuerpo.

Para determinar la cantidad de calor Q agregado o eliminado para cierto cambio de temperatura se emplea la siguiente fórmula:

Q = m . ce . Δt

Q = Peso en Kg x calor específico x Diferencia de temperatura a absorber.

Ejercicio de aplicación:

¿Que cantidad de calor absorbe 1 kg de hielo si su temperatura sube de -10º C a 0º C? Realizar el cálculo a nivel del mar.

Q = 1 kg x 2,1 kJ/kg º C x 0º C – (-10) º C Q =21 kJ.

1.6. CALOR LATENTE.

Es la cantidad de calor necesario para cambiar el estado de un cuerpo sin alterar

su temperatura.

Es ley fundamental que cuando un cuerpo cambia su estado de sólido a líquido, o bien de líquido a vapor, este proceso, aunque no va acompañado de un cambio de temperatura perceptible, tiene por resultado la absorción de cierta cantidad de calor. Este calor permanece oculto o latente, y de ahí su denominación.

Aplicando una determinada cantidad de calor a un cuerpo sólido se funde, convirtiéndose en líquido (las moléculas se han separado y su movimiento es acelerado por el calor absorbido).

En la siguiente figura se ejemplariza los cambios de estado del agua partiendo del hielo hasta llegar a vapor y podemos observar claramente la diferencia entre calor sensible y calor latente.

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Se llama calor latente de fusión. A la cantidad de calor que debe aportarse para fundir un kilo de hielo a la temperatura de 0° C, convirtiéndolo en agua a igual temperatura y esta cantidad de calor es de 144 BTU (335 kJ).

Añadiendo más calor al líquido obtenido se logrará su conversión a vapor al incrementar el movimiento molecular, el calor que absorbe se llama entonces calor latente de evaporación. Para que el antes referido litro de agua a 100° C se convierta en vapor a la misma temperatura es preciso aplicar 970 BTU (2260 kJ).

Para calcular la cantidad de calor necesaria para cambiar de estado una sustancia se utiliza la siguiente fórmula:

Q = m x c x k

Q = Cantidad de calorm = masac = calor específicok = constante de cambio de estado

Ejercicio de aplicación:

¿Que cantidad de calor absorbe un kg de hielo si parte de una temperatura de 0 º C a 120 º C de vapor recalentado? Realizar el cálculo a nivel del mar.

Otra unidad con que se mide la Cantidad de Calor también es la Caloría, y representa el calor necesario para aumentar en un grado centígrado la temperatura de un litro de agua.

Esta unidad es de dos clases: la pequeña caloría, o gramo-caloría, la mayoría de las veces llamada simplemente caloría, con inicial minúscula, y la gran caloría o kilocaloría, normalmente expresada por Caloría, con la inicial en mayúscula.

3

-50

0

50

100

BC

DE

F

CALORLATENTE

CALORSENSIBLE

CALORSENSIBLE

CALORSENSIBLE

CALORLATENTE


La primera, como ya se ha indicado, representa el calor absorbido al calentar un gramo de agua, mientras que la segunda corresponde a un valor mil veces mayor, o sea un litro de agua.

La kilocaloría o Caloría equivale a 3,968 B.T.U. (British Thermal Units), o sea, la unidad de la medida usada en Inglaterra y Norteamérica, que representa a su vez la cantidad de calor necesaria para subir o bajar un grado Fahrenheit la temperatura de una libra de agua.

En refrigeración se emplea usualmente, como unidad de medida, la frigoría, es la cantidad de calor que se debe extraer a un litro de agua para rebajar un grado centígrado su temperatura.

La frigoría es simplemente una kilocaloría y se emplea para expresar la carga de refrigeración o capacidad de una planta frigorífica. Así, pues una planta con una capacidad de 10.000 frigorías por hora es capaz de extraer 10.000 kilocalorías o 39.680 B.T.U. por hora.

Otro término usado muy a menudo para denotar la capacidad de una planta frigorífica es la Tonelada de Refrigeración, que es la cantidad de calor absorbida para la fundición de una tonelada de hielo sólido en 24 horas.

En Inglaterra equivale a 12.253 B.T.U. por hora, y en América, donde la tonelada tiene 2000 libras, equivale a 12.000 B.T.U. también por hora, aproximadamente 3.000 kilocalorías por hora.

Las últimas normas del Sistema Internacional que se están adoptando para unificar la expresión de la potencia frigorífica, establecen el vatio como unidad de medida (Standard International Unit), en sustitución de kilocaloría, frigoría, Tonelada de Refrigeración o B.T.U, siendo su equivalencia la siguiente:

1 frigoría - hora = 1,1626 vatios.

1 Tonelada de Refrigeración (12000 B.T.U. - hora) = 3516,85 vatios.

1 B.T.U.- hora = 0,293071 vatios.

UNIDADES DE MEDIDA DEL CALOR: 1 kcal = 4187 J = 3,96 B.T.U. = 1,163W

1.7. TRANSMISION DEL CALOR.

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

Los materiales aislantes que se emplean en las paredes de las neveras o cámaras sirven para retardar únicamente el paso de calor; pero, a pesar de su positiva eficacia en este sentido, téngase en cuenta que gran parte de trabajo de todo equipo de refrigeración se emplea precisamente para absorber el calor que se ha filtrado a través de las paredes aisladas.

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Existen tres métodos de transmisión de calor, como sigue:

1.7.1. RADIACIÓN

Es la transmisión de calor a través de sustancias intermedias, sin que éstas se calienten.

El calor transmitido por los rayos solares no calienta el vidrio transparente a través del cual pasan, sino que ejerce su acción sobre los objetos que aquellos encuentran en su camino, los cuales absorben dicho calor.

1.7.2. CONVECCIÓN

Es el calor que se transmite por mediación de un agente: líquido o vapor.

Las corrientes de aire son los agentes más comunes en la transmisión de calor por convección. El enfriamiento de una sustancia en el interior de la nevera se verifica a través del aire contenido en la misma, el cual actúa de agente transmisor dirigiéndose de la superficie más fría del evaporador por medio de las corrientes de convección hacia la parte inferior del refrigerador.

1.7.3. CONDUCCIÓN

Es la transferencia de calor a través e un cuerpo sólido llamado conductor o entre dos cuerpos sólidos.

Los metales son buenos conductores del calor, siendo llamados aislantes los malos conductores (corcho por ejemplo).

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1.8. TEMPERATURA

Es la medida de la velocidad o intensidad de las moléculas de una sustancia.

Las unidades de intensidad empleada para medir la temperatura es el grado centígrado, también se utiliza el grado Fahrenheit y el grado Kelvin (absoluto).

ESCALAS CENTÍGRADOS, FAHRENHEIT Y KELVIN.

1.8.1. CONVERSIÓN DE GRADOS FAHRENHEIT A CENTÍGRADOS.

º

1.8.2. CONVERSIÓN DE GRADOS CENTÍGRADOS A FAHRENHEIT.

1.8.3. CONVERSIÓN DE GRADOS KELVIN A CENTÍGRADOS.

°C = ° K - 273

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1.9. CAMBIOS DE ESTADO

En los sistemas de refrigeración y acondicionadores de aire, el refrigerante de acuerdo al lugar en donde se encuentre puede estar en dos estados que son vapor o líquido.

1.10. PRESIÓN DE FLUIDOS

La presión de fluidos es la fuerza sobre el área, ejercida por un gas o por un líquido. La unidad más utilizada es el PSI (libras por pulgada al cuadrado), la presión de los fluidos será igual en todas las direcciones.

1.10.1. PRESIÓN RELATIVA

Es la presión que se mide con los manómetros, también se la conoce como presión manométrica y se simboliza Pg.

1.10.2. PRESIÓN ATMOSFÉRICA

Es la presión que ejerce la atmósfera sobre nuestro planeta, se simboliza Patm.

1. 10.3. PRESIÓN ABSOLUTA

Es el resultado de sumar la presión relativa más la presión atmosférica, se simboliza Pabs.

1. 10.4. TRANSFORMACIÓN DE UNIDADES DE MEDIDA DE PRESIÓN

bar PSI kgf/cm2 Pa1 bar 1 14.7 1,02 105

1 PSI 0.07 1 0.07 70001 kgf/cm2 0.981 14.28 1 98.039,21 Pa 1 x 10-5 1/7000 1.02 x10-5 1

1.11. RELACION ENTRE LA TEMPERATURA Y LA PRESION

El punto de ebullición de un líquido queda afectado por la presión, si comparamos a que temperatura hierve el agua al nivel del mar 100 ˚ C, con la temperatura que hierve a la altura de Quito 91˚ C.

Podemos concluir que la presión y la temperatura tienen una relación directa.

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VAPOR

LÍQUIDO

CONDENSACIÓN

EVAPORACIÓN


1.12. LEYES DE LA TERMODINÁMICA

Las tres leyes siguientes gobiernan la producción de refrigeración. Estas tres leyes básicas son, en realidad, muy simples y pueden ser fácilmente comprendidas:

Todos los líquidos al evaporarse absorben calor de cuando les rodea.

Esta ley hace posible la producción de frío tal como se efectúa hoy día. Para enfriar un cuerpo se aplica esta ley, haciendo evaporar un determinado líquido en un aparato adecuado, a fin de que el calor latente necesario para la evaporación se extraiga de las sustancias a enfriar.

La temperatura a que hierve o se evapora un líquido depende de la presión que se ejerce sobre dicho líquido.

La importancia de esta ley reside en que si podemos disponer de una presión distinta sobre el líquido que está evaporando y produciendo frío, se alterará la temperatura a que se evapore, por consiguiente, podrá variarse también el grado de frío producido.

Todo vapor puede volver a condensarse, convirtiéndose en líquido, si se comprime y enfría debidamente.

Esta ley permite recoger el vapor formado por la evaporación del líquido, comprimirlo en un compresor adecuado, enfriarlo en un condensador y convertirlo nuevamente en líquido, que puede evaporarse otra vez y seguir produciendo frío.

1.13. EBULLICION Y EVAPORACIÓN

EBULLICIÓN: Es el cambio interno del estado líquido al estado gaseoso

EVAPORACIÓN: Es el cambio superficial del estado líquido al estado gaseoso

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1.14. CICLO DE REFRIGERACIÓN

El ciclo de refrigeración es el mismo que el ciclo de congelación o el ciclo del acondicionador de aire.

El compresor comprime al refrigerante en estado gaseoso hacia el condensador en donde cambia de estado y se hace líquido.

En forma líquida el refrigerante llega a la válvula de expansión termostática en donde baja la presión y parte del refrigerante se hace vapor.

En este estado llega al evaporador en donde baja aún más la presión y todo el refrigerante líquido cambia al estado de vapor, absorbiendo el calor del medio que le rodea.

En los siguientes gráficos se observa las características del refrigerante internamente y detallamos el ciclo con estas características.

El refrigerante sale del compresor en estado de gas a alta presión, por lo tanto a alta temperatura y con gran cantidad de calor, calor que el refrigerante absorbió en el evaporador y en el compresor (por el rozamiento de piezas mecánicas), con estas características entra al condensador, el refrigerante pierde temperatura en la primera tercera parte y se convierte en vapor saturado, continua por las dos terceras partes siguientes en donde el calor del refrigerante se transmite hacia el ambiente y cambia de estado transformándose en líquido, al salir del condensador el refrigerante sale como líquido subenfriado a alta presión, por lo tanto a alta temperatura y con baja cantidad de calor, así entra al sistema de expansión en donde la presión baja y el 30% del refrigerante líquido se transforma en vapor y con esta presión entra al evaporador en donde la presión baja aún más (por la absorción del compresor) y el líquido se transforma en vapor absorbiendo el calor de del ambiente interno del sistema, el refrigerante sale a baja presión, por lo tanto a baja temperatura y con gran cantidad de calor, y se convierte en vapor sobrecalentado, así llega al compresor cumpliendo con el ciclo de refrigeración que es repetitivo mientras el sistema está en funcionamiento.

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CUESTIONARIO 1

1. ¿Qué es la refrigeración?

2. ¿Qué es acondicionar el aire?

3. De el concepto de calor y de frío.

4. Explique las tres formas como se transmite el calor.

5. Transforme 32 F a C.

6. Transforme 0C a F.

7. Explique las tres leyes de la termodinámica que se utiliza en refrigeración.

8. ¿Qué es calor latente?

9. ¿Qué es calor específico?

10. ¿Qué es calor sensible?

11. Explique el ciclo de refrigeración en el siguiente gráfico.

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2. REFRIGERANTES Y ACEITES

2.1. REFRIGERANTES

Los refrigerantes son sustancias cuya temperatura de ebullición es bastante baja. Los refrigerantes son de alta pureza y es de suma importancia que ésta sea mantenida al momento de que se cargue en un equipo de aire acondicionado y refrigeración.

Tierra, humedad y aire son los tres principales contaminantes que pueden causar serios problemas operacionales en equipos de enfriamiento. Las mangueras que se utilizan para cargar el refrigerante deben estar siempre limpias y debe ponerse un tapón al final de las mismas cuando no estén en uso.

Si el rango de flujo es insuficiente cuando se descarga el refrigerante, el cilindro necesitará ser calentado. Esto deberá hacerse utilizando aire caliente con controles apropiados para mantener la temperatura del aire a 125°F (52°C).

PRECAUCIÓN:

Nunca aplique flama directa ni vapor vivo a los cilindros.

El calentamiento directo puede causar grietas y fatiga del material en el cilindro.

2.1.1. PROPIEDADES GENERALES

Los refrigerantes no son inflamables, son incoloros, con olor etéreo agradables y se comercializan como gases licuados, estos productos presentan por lo general niveles bajos en toxicidad, por lo que exposiciones dentro de los límites recomendados no deben provocar efectos negativos a la salud. De cualquier forma, se deben prevenir inhalaciones de alta concentración pues pudieran producir serios trastornos. Esto se verá más ampliamente en la sección de consideraciones de seguridad del producto.

Como la mayoría de los vapores y gases refrigerantes pueden desplazar el aire y causar riesgo de asfixia, por lo tanto deben ser usados y almacenados con la ventilación adecuada. Puede ser requerida ventilación mecánica para mantener los límites de exposición dentro de lo que se recomienda, los cilindros de refrigerante deben estar almacenados en áreas frescas, ventiladas y sin humedad, lejos de cualquier fuente de calor.

2.1.2. PROPIEDADES FISICAS

R 12 DicloroDifluoroMetano

R 22 CloroDifluoroMetano

R 502 azeótropo

R 134a Tetra FluoroEtano

Fórmula CCl2F2 CHClF2

48.8% de R -22 51.2% de R 115 CF3CH2F

Punto de ebullición a 1 atm. °F

21.6 41.4 49.8 15.08

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2.1.3. PRECAUCIONES DE SEGURIDAD

Todas las personas que maniobran o descargan refrigerantes de sus recipientes o cilindros deberán usar lentes de seguridad para la protección de ojos.

Las extremadas temperaturas bajas producidas por una rápida evaporación de estos materiales de bajo punto de ebullición, pueden causar congelamiento de la humedad en los ojos y posiblemente lastimarlos.

La toxicidad de los vapores de refrigerante es muy baja sin embargo, deberá proporcionarse ventilación adecuada todo el tiempo ya que las posibles pequeñas fugas de vapores pueden diluir el aire y reducir la concentración de oxígeno.

En un cuarto pequeño con ventilación insuficiente, esta falta de oxígeno puede causar sofocación, si esto ocurriera, la persona deberá ser sacada de inmediato a una zona de aire fresco y tratada por sofocación (proporcionar respiración artificial en forma manual o bien con ayuda de un pulmotor). El refrigerante nunca deberá estar en contacto con metales calientes porque ocurre su descomposición formando subproductos tóxicos.

2.1.4. RIESGOS A LA SALUD

Los refrigerantes usualmente son de baja toxicidad si se ingieren o se inhalan. Sin embargo, poseen ciertas propiedades que pueden significar riesgos en algunas circunstancias.

Exposiciones arriba de los niveles recomendados pueden resultar en pérdida de conocimiento y mareos.

Adicionalmente, experimentos con animales en laboratorio han demostrado que el ritmo cardiaco puede ser inducido con niveles de fluorocarbón de 20,000 a 100,000 partes por millón. Se han reportado casos de ritmo cardiaco fatal en humanos por exposiciones accidentales a niveles altos.

También se ha demostrado en laboratorio con animales que el fluorocarbono puede sensibilizar el músculo del corazón con adrenalina. Esto puede bajar el umbral y una sobre exposición accidental durante una enérgica actividad física puede traer efectos adversos.

Este estudio también dictamina que la epinefrina no debe ser administrada como tratamiento médico para sobre exposiciones a estos productos.

La piel expuesta a refrigerantes puede presentar irritación, principalmente debido a la acción devastadora de los fluorocarbonos. El contacto con ojos piel puede causar quemaduras en frío, en especial los refrigerantes que son embasados como gas licuado o comprimido.

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2.1.5. PRIMEROS AUXILIOS

Si una persona inhala accidentalmente refrigerantes, se le debe trasladar inmediatamente a donde haya aire fresco. Si no hay respiración, brinde respiración artificial, preferentemente de boca a boca, si la respiración se dificulta proporcione oxígeno.

No administre estimulantes ni adrenalina (epinefrina) y llame a un médico.

En caso de contacto con ojos o piel, enjuague los ojos rápidamente con abundante agua por un tiempo de 15 minutos y llame a un médico. Lave la piel expuesta con agua tibia (no caliente) o use otros medios para calentar la piel lentamente.

2.1.6. EQUIPOS DE SEGURIDAD

El personal involucrado con el manejo de refrigerantes requiere de vestimenta protectora y anteojos de seguridad, guantes impermeables y otros equipo protector o ropa requerida por el empleado.

Adicionalmente, lavadores de ojos del tipo empapados y aparatos de respiración auxiliar deberán ser realmente accesibles en caso de contacto con la piel u ojos, tanto en el almacén como en las áreas de manejo y producción.

Para exposiciones prolongadas u operaciones de limpieza de tanques se necesita proveer una fuente externa de aire.

2.1.7. DERRAMES MAYORES

En caso de derrame mayor de refrigerantes, los trabajadores deberán evacuar el local inmediatamente y permitir que el material se evapore, no se deberá permitir al personal entrar al área contaminada hasta que vuelva a una concentración de seguridad de operación.

2.1.8. GUIA GENERAL DE SUBSTITUCIÓN

REFRIGERANTE REEMPLAZOR-12 R-134 a (3)

R-401 A (2)R-409 A (2)R-600 a (4)R-413A (4)

R-502 R-507 (3)R-402 A (2)R-408 A (2)R-404 A (3)

R-22 R-407 C (3)R-410 A (3)R-290 (4)

R-11 R-123 (3)

1 = CFC 2 = HCFC 3 = HFC 4 = Hidrocarburo

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2.2. ACEITES

Los aceites utilizados en los sistemas de refrigeración y acondicionadores de aire son utilizados para lubricar el movimiento de partes mecánicas de los compresores, los aceites son higroscópicos por lo tanto absorben humedad del agua con mucha facilidad por lo tanto es necesario tomar precauciones para que estén el menor tiempo posible en contacto con el medio ambiente.

Cada tipo de refrigerante es miscible con un tipo de aceite no se puede utilizar cualquier tipo de aceite con cualquier refrigerante ya que se produciría una combinación química y se formarán otros productos químicos que afectarían a los sistemas.

En la siguiente tabla encontraremos las aplicaciones de los diferentes tipos de aceites correspondientes a los tipos de refrigerantes.

REFRIGERANTES ACEITESR – 12 MO ó ABR – 134 a POER – 401 A MO ó ABR – 502 MO ó ABR – 404 A POER – 507 POER – 22 MO ó ABR-413A MO ó POE

MO ACEITE MINERALAB ALKYBENZENO

POE POLIOL ESTER

CUESTIONARIO 2

1. ¿Qué es un refrigerante?

2. ¿Qué precauciones debe tener con los refrigerantes?

3. ¿Qué riesgos implican los refrigerantes con respecto a la salud?

4. Explique los primeros auxilios que se debe aplicar a los afectados por inhalación de refrigerantes.

5. ¿Cuál es la función de los aceites en los sistemas de refrigeración y acondicionadores de aire?

6. Conceptualice la palabra miscible.

7. Investigue las características de los aceites MO, AB, POE.

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3. ELEMENTOS MECÁNICOS

3.1. COMPRESORES

El compresor utilizado para sistemas de refrigeración y acondicionadores de aire tiene dos funciones, la primera es comprimir el refrigerante y enviarlo al sistema y la segunda es absorber el refrigerante.

3.1.1. COMPRESORES HERMÉTICOS ALTERNATIVOS.

Este compresor es utilizado en refrigeración doméstica con potencias desde 1/6 a ½ HP, en refrigeración comercial e industrial con potencias de 1 a 5 HP, y también es un compresor hermético por la ubicación del motor, se encuentra dentro de una misma carcasa el sistema de compresión y el motor eléctrico.

Este compresor también es conocido como alternativo por la forma de compresión que se puede observar en el siguiente gráfico.

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3.1.2. COMPRESORES SEMIHERMÉTICOS ALTERNATIVOS.

Este compresor es utilizado en refrigeración comercial e industrial, es alternativo por la forma de compresión y también es un compresor semihermético, ya que se tiene fácil acceso para realizar reparación o mantenimiento del sistema de compresión y el motor eléctrico.

3.1.3. COMPRESORES ABIERTOS ALTERNATIVOS.

Este compresor consta únicamente del sistema de compresión, es utilizado en refrigeración industrial, es alternativo por la forma de compresión, tiene fácil acceso para realizar la reparación o el mantenimiento del sistema de compresión y se mueve con la ayuda de un motor exterior cuya transmisión se hace por medio de polea y banda.

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3.1.4. COMPRESORES SCROLL o DE CORRIMIENTO HERMÉTICOS.

Este compresor es utilizado en refrigeración comercial e industrial, es de corrimiento por la forma de compresión, no tiene acceso para realizar la reparación o el mantenimiento del sistema de compresión y del motor que están dentro de la carcasa.

3.1.5. COMPRESORES ROTATIVOS HERMÉTICOS.

Este compresor es utilizado en acondicionadores de aire doméstico, comercial e industrial, es rotativo por la forma de compresión, no tiene acceso para realizar la reparación o el mantenimiento del sistema de compresión y del motor que están dentro de la carcasa, tiene una excéntrica que va rodando dentro de una cavidad de manera que va aspirando y comprimiendo gas a la vez..

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3.1.6. SEPARADOR DE ACEITE

En sistemas industriales es muy necesario utilizar este elemento ya que como se trata de sistemas con longitudes de tubería bastante largas, entonces el compresor corre el riesgo de quedarse sin aceite ya que el refrigerante y el aceite circulan juntos, entonces este elemento que está ubicado a la salida del compresor retiene al aceite y por succión del compresor el aceite retorna al compresor.

3.2. CONDENSADORES

La función del condensador es cambiar al refrigerante del estado de gas al estado líquido, realizando un intercambio de calor con el ambiente, es decir enviar el calor absorbido por el refrigerante hacia el ambiente exterior que puede ser aire o agua. Este condensador de ventilación normal consiste en un sistema de tuberías que en longitud es un 30% mayor que la longitud de las tuberías del evaporador.

3.2.1. CONDENSADORES ESTÁTICOS

Conocidos también como condensadores de ventilación normal, suelen ser de tubo liso bastante largos y se usa sólo en el entorno doméstico.

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3.2.2. CONDENSADORES DE TIRO FORZADO

Utilizan ventiladores para aumentar la velocidad del aire, por lo tanto la superficie del tubo es reducida, se utilizan en refrigeración industrial.

3.2.3. CONDENSADORES DE CASCO Y TUBO

Internamente tienen tuberías por donde circula agua que tiene la función de absorber el calor del gas refrigerante, esta agua caliente llega a una torre de enfriamiento en donde se enfría aproximadamente entre 5 a 7 °C y retorna hacia el condensador de casco y tubo, son utilizados en refrigeración industrial.

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3.2.4. CONDENSADORES DE DOBLE TUBO

Consta de una tubería interior y una tubería exterior. Por la tubería Interior circula agua que tiene la función de absorber el calor del gas refrigerante, esta agua caliente llega a una torre de enfriamiento en donde se enfría aproximadamente entre 5 a 7 ° C y retorna hacia el condensador de doble tubo; por la tubería exterior circula el gas refrigerante en contracorriente al agua, son utilizados en refrigeración industrial.

2.2.5. CONDENSADOR EVAPORATIVO.

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3.2.5. CONDENSADORES EVAPORATIVOS

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

3.3. FILTROS SECADORES.

La función del filtro es absorber la humedad y filtrar las impurezas que pueden existir en el sistema.

3.3.1. EL FILTRO DE BAJA CAPACIDAD

El filtro soldable es utilizado en sistemas de refrigeración y acondicionadores de aire domésticos.

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3.3.2. FILTROS DE MAYOR CAPACIDAD

Este tipo de filtros son utilizados en sistemas de refrigeración y acondicionadores de aire comerciales e industriales.

3.4. SISTEMAS DE EXPANSIÓN

La función del sistema de expansión es controlar la cantidad y la presión del líquido refrigerante que llega al evaporador.

3.4.1. EL TUBO CAPILAR

Los sistemas de refrigeración y acondicionadores de aire domésticos utilizan como sistema de expansión tubería capilar, la cantidad de líquido refrigerante que llega al evaporador esta determinada por el diámetro y la longitud de la tubería.

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3.4.2. VÁLVULA DE EXPANSIÓN TERMOSTÁTICA

La válvula de expansión termostática funciona de acuerdo a la temperatura de salida del evaporador, de tal manera que, cuando la temperatura es alta, la válvula deja pasar mayor cantidad de líquido refrigerante y cuando la temperatura baja es normal, la válvula de expansión termostática deja pasar poca cantidad de líquido refrigerante, son utilizados en sistemas de refrigeración y acondicionadores de aire comerciales e industriales.

Cuando existe humedad en el sistema puede suceder el siguiente problema en la punta del vástago

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3.5. EVAPORADORES

La función del evaporador es la de absorber el calor del ambiente que lo rodea, es el elemento en el cual se produce la transferencia de calor desde el área a enfriar hacia el área de las tuberías que componen el evaporador.

3.5.1. EVAPORADORES DE BAJA CAPACIDAD

Los evaporadores que se pueden observar en los siguientes gráficos son utilizados en refrigeración doméstica

El evaporador que se muestra a continuación es utilizado en acondicionadores de aire.

3.5.2. EVAPORADORES DE ALTA CAPACIDAD

Este tipo de evaporadores son utilizados en sistemas de refrigeración industrial.

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3.6. ACUMULADORES

Este elemento esta instalado a la salida del evaporador y su función es la de retener el refrigerante en estado líquido que no se haya evaporado y evitar que retorne refrigerante líquido al compresor, esto podría traer graves consecuencias ya que los líquidos no se pueden comprimir.

3.6.1. EL ACUMULADOR DEL REFRIGERADOR DOMÉSTICO

Se presenta dos modelos de acumuladores que se utilizan en sistemas de refrigeración doméstica.

3.6.2. EL ACUMULADOR DE SISTEMAS INDUSTRIALES

A continuación se presenta un modelo de acumulador que se utiliza en sistemas de refrigeración industrial.

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3.6.3. GRÁFICO MECÁNICO DE UN SISTEMA DE REFRIGERACIÓN INDUSTRIAL

CUESTIONARIO 3

1. ¿Qué función desempeña el compresor?

2. ¿Cuántas clases de compresores existen?

3. ¿Qué función desempeña el condensador?

4. ¿Cuántas clases de condensadores existen?

5. ¿Qué función desempeña el filtro?

6. ¿Cuántas clases de filtros existen?

7. ¿Qué función desempeña el sistema de expansión y dónde está ubicado?

8. ¿Cuántas clases de sistemas de expansión existen?

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9. ¿Qué función desempeña el evaporador?

10. ¿Cuántas clases de evaporadores existen?

11. ¿Qué función desempeña el acumulador?

12. Realice un gráfico de la ubicación de los elementos constitutivos del sistema mecánico de refrigeración.

4. EL GRÁFICO DE MOLLIER

Es una herramienta que se utiliza para determinar el funcionamiento de los elementos del sistema y para determinar las características del refrigerante en el sistema.

4.1. MAGNITUDES UTILIZADAS EN EL GRAFICO DE MOLLIER

PRESIÓN ABSOLUTA: [Kgf/cm2 ] [MPa ] [PSI] [Kgf/cm2 ] [bar]

ENTALPIA: Es la cantidad de energía calorífica absorbida por cada kg de refrigerante y su unidad de medida es [kJ/kg ].

TEMPERATURA: Es la magnitud que indica la dirección en la que se produce la transmisión de calor y se mide en: [˚C].

SEQUEDAD: Son las líneas que indican en porcentaje, el cambio de estado del refrigerante.

ENTROPIA: Es la cantidad de energía calorífica absorbida por cada kg de refrigerante y cada grado de temperatura absoluta, su unidad de medida es:[KJ / (Kg. ºK)].

VOLUMEN ESPECIFICO: Es el volumen de cada sustancia a cierta presión, su unidad de medida es [m3 / Kg].

4.2. SISTEMA DE REFRIGERACIÓN EN EL GRÁFICO DE MOLLIER

Medir los valores de presión baja y alta, realizar los cálculos respectivos para conseguir la presión absoluta de baja y alta, a continuación trazamos estos valores en el gráfico de Mollier.

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Para ejemplarizar asumimos una presión absoluta de baja Pb abs = 0.6 MPa. Y una presión de alta absoluta Pa abs = 2 MPa. Que coincide con 5º C y 10º C respectivamente.

Luego medimos la temperatura a la salida del evaporador, como ejemplo tenemos 15º C y ubicamos esta temperatura en la línea de saturación de gas. En el punto de intersección entre esta temperatura y la línea de baja presión encontramos el punto A que corresponde a la salida del evaporador y la entrada al compresor.

La diferencia entre la temperatura de la presión baja 5 ºC y la temperatura a la salida del evaporador 15 ºC en este caso es 10 ºC, este valor esta dentro del rango que normalmente es de 5 ºC hasta 15 ºC.

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A continuación medimos la temperatura en la tubería de alta a la salida del compresor, como ejemplo tenemos 82 ºC.

En el punto de intersección entre esta temperatura y la línea de alta presión encontramos el punto B que corresponde a la salida del compresor y la entrada al condensador. Unimos los puntos A y B y esta línea corresponde al compresor, esta línea debe coincidir paralelamente a las líneas de entropía cuando el sistema esta funcionando dentro de los parámetros ideales.

Ahora medimos la temperatura a la entrada del sistema de expansión que en este caso es 45 º C, esta temperatura la situamos en la línea de saturación de líquido y trazamos una perpendicular cortando la línea de alta presión, determinando de esta manera el punto C. El punto C corresponde a la salida del condensador y a la entrada al sistema de expansión.

La diferencia entre la temperatura de la presión alta 50 º C y la temperatura a la entrada del sistema de expansión 45 º C en este caso es 5 º C, este valor esta dentro del rango que normalmente es menor o igual a 5 º C.

Desde el punto C trazamos una perpendicular hasta que corte con la línea de presión baja y determinamos el punto D, el punto D corresponde a la salida del sistema de expansión y a la entrada al evaporador.

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Cuando el sistema esta trabajando dentro de los parámetros ideales el punto D debe coincidir entre 30% y 40% de sequedad.

CUESTIONARIO 4

1. ¿Porqué se utiliza el dato de presión absoluta al dibujar un sistema de refrigeración o acondicionador de aire en el diagrama de Mollier?

2. Escriba el concepto de Entalpía.

3. ¿Porqué las líneas de temperatura en el sector de líquido son verticales y en el sector de gas son curvas?

4. ¿Porqué las líneas de temperatura en el sector de cambio de estado son horizontales?

5. ¿Qué indican las líneas de Sequedad en el diagrama de Mollier?

6. ¿Qué indican las líneas de Entropía en el diagrama de Mollier?

7. Pplique Volumen específico

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5. VACÍO Y CARGA DE REFRIGERANTE

Después de la reparación en el sistema, nos disponemos a realizar el vacío y carga de refrigerante, siempre y cuando no se haya recuperado el refrigerante en el sistema.

5.1. JUEGO DE MANÓMETROS

Uno de los equipos utilizados para los trabajos en refrigeración es el juego de manómetros, el cual consta de un manómetro de baja y uno de alta.

En el siguiente gráfico podemos observar las tuberías internas del juego de manómetros, también podemos observar que se puede medir presión del lado de alta y del lado de baja sin abrir las válvulas de paso (7), estas válvulas controlan el paso hacia la tubería central de servicio del grupo manométrico.

5.2. VALVULAS DE SERVICIO

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Estas válvulas pueden estar ubicadas en la carcasa del compresor en las tuberías de entrada y salida de refrigerante ó también en las tuberías de retorno y salida, estas válvulas se pueden diferenciar si son de alta o baja presión por el diámetro de la toma 2.

La toma 1 (de servicio) sirve para medir la presión o hacer el trabajo de carga de refrigerante. La toma 2 es la tubería que va o viene del sistema, y la toma 3 esta conectada hacia el compresor.

5.2.1. USO DE LAS VÁLVULAS POSICIÓN A

Como se puede observar el vástago en la posición A, esta cerrando el paso entre el sistema y el compresor.

5.2.2. USO DE LAS VÁLVULAS POSICIÓN B

En este gráfico se observa el vástago en la posición B, esta abierto el paso entre el sistema y el compresor, pero esta cerrado el paso hacia la toma de servicio.

5.2.3. USO DE LAS VÁLVULAS POSICIÓN C

En esta posición el vástago esta ajustado de tal manera que se puede medir la presión con la cual esta trabajando el sistema.

5.3. BARRIDO

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El barrido o limpieza de las tuberías del sistema se lo realiza con nitrógeno, este ingresa por un extremo a alta presión y sale por el otro extremo abierto del sistema, de esta manera se limpia las impurezas que puede existir dentro del sistema, para hacer el barrido se recomienda retirar el compresor del sistema.

El barrido también se puede hacer desmontando o separando el lado de baja y el lado de alta, entonces se realizará el barrido por el lado de alta y por separado el barrido por el lado de baja.

5.4. VACÍO

El objetivo del vacío es sacar el aire y la humedad del sistema, se debe conectar la bomba de vacío junto con el cilindro de refrigerante por medio del grupo manométrico al sistema. El tiempo de vacío para sistemas domésticos debe ser por lo menos 30 minutos con una bomba de ½ HP y 6 CFM además se recomienda esperar por lo menos otros 30 minutos observando el valor en la escala de vacío (vacuómetro), si este valor varía (regresa a cero) existe dos posibilidades, la primera si la aguja indicadora regresa a cero se puede asegurar que existe fuga en el sistema. Y la otra posibilidad es que la aguja regrese hacia cero pero con un movimiento mínimo, sucede esto por que en el sistema existe todavía humedad y esta humedad al evaporarse produce este movimiento en la aguja indicadora, y para sistemas comerciales e industriales el tiempo del vacío depende del volumen del sistema y de las recomendaciones de los fabricantes

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5.5. CARGA POR EL LADO DE BAJA

Para realizar la carga de refrigerante por el lado de baja, se debe utilizar refrigerante en estado de gas, antes de poner en funcionamiento el compresor se debe ingresar refrigerante al sistema en una cantidad de 30 PSI, luego hacemos arrancar el compresor e ingresamos la cantidad (en peso) recomendada de refrigerante.

Cuando no se tiene el dato de la masa de refrigerante que se debe cargar al sistema, se debe realizar la carga y hacer pruebas utilizando el diagrama de Mollier.

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5.6. CARGA POR EL LADO DE ALTA

Para realizar la carga de refrigerante por el lado de alta, se utiliza refrigerante en estado líquido, se debe ingresar el refrigerante al sistema en la cantidad (en peso) recomendada de refrigerante. Se recomienda arrancar el compresor cuando se haya terminado de realizar la carga, los refrigerantes que empiezan con el número cuatro o con el número cinco son mezclas y se los debe cargar en los sistemas en estado líquido para no cambiar los porcentajes de mezcla.

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CUESTIONARIO 5:

1. ¿Cómo se realiza la evacuación del refrigerante?

2. ¿Cómo se realiza el barrido por el lado de alta?

3. ¿Cómo se realiza el barrido por el lado de baja?

4. Explique la forma de realizar el vaciado del sistema de refrigeración?

5. Explique como se realiza la carga del refrigerante por el lado de alta.

6. Explique como se realiza la carga del refrigerante por el lado de baja.

7. ¿Qué solución se debe optar cuando el vacuómetro no mantiene el valor de vacío?

6. SISTEMAS DE ACONDICIONADORES DE AIRE.

6.1. PROCESO DE ACONDICIONADOR DE AIRE

El aire acondicionado es utilizado para producir confort o comodidad al ser humano, el confort o comodidad, es la sensación de satisfacción física relacionada con el entorno,

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el aire acondicionado permite tener control sobre la temperatura, la humedad relativa, el movimiento del aire, el calor radiante y la eliminación de partículas suspendidas y gases contaminantes.

El estudio de la comodidad en el ser humano está relacionado con:

La forma en la que el cuerpo humano funciona respecto al calor.

La manera en la que el área que rodea a una persona afecta a su sensación de comodidad.

El cuerpo humano tiene una capacidad notable para ajustarse a cambios en la temperatura.

Cuando una persona pasa de un recinto caliente al frío exterior, se hacen necesarias algunas compensaciones para evitar una pérdida excesiva de calor, puede ocurrir un temblor corporal involuntario con el cual se genera calor en el cuerpo humano.

Cuando una persona se traslada de un espacio con aire acondicionado a una temperatura exterior mayor, ocurre un ajuste en los sistemas circulatorio y respiratorio, los vasos sanguíneos se dilatan, con el fin de llevar a la sangre más cerca de la superficie de la piel y conseguir un mejor enfriamiento, de no ser esto suficiente, se inicia la sudoración, evaporando humedad y produciendo enfriamiento corporal.

El cuerpo se comporta como un sistema de calefacción, se consume combustible bajo la forma de alimento que produce energía y calor, la temperatura del cuerpo humano es de 37º C en invierno y en verano, el funcionamiento adecuado del cuerpo humano, depende de mantener constante su temperatura. Para ello se requiere una disipación constante de calor al medio circundante, en la siguiente figura se puede observar un ejemplo de comodidad, con 22.7º C (50% de humedad relativa).

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El calor se transmite del cuerpo humano hacia el ambiente por convección.Pero, cuando la temperatura ambiente es mayor que la corporal, entonces el calor se transmite del ambiente hacia el cuerpo y se buscan otros medios para mantener la temperatura corporal.

6.2. SISTEMA DOMÉSTICO

En el siguiente gráfico se observa un acondicionador de aire situado en un ambiente doméstico (sala), estos acondicionadores de aire son de baja capacidad frigorífica.

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Temperatura Ambiente:

22º Cy

50% de Humedad Relativa

Temperatura corporal: 37º C

Temperatura Ambiente:

38º Cy

50% de Humedad Relativa

Temperatura corporal: 37º C


6.3. SISTEMA CONVENCIONAL DE ESTACIÓN CENTRAL CON DUCTOS

En el gráfico se puede observar el manejador de aire de la estación central que calienta o enfría el aire e incluye los siguientes componentes básicos:

Entrada de aire exterior. Cámara de mezcla de aire. Filtros Sistema de refrigeración (deshumidificador) o serpentín enfriador de agua. Humidificador. Caldera y serpentín de agua caliente o resistencias. Ventilador de suministro. Ductos de suministro y retorno de aire. Rejillas de ingreso y retorno de aire en el espacio acondicionado.

6.3.1. FILTROS

Los contaminantes en el aire son de muchos tipos, incluyendo polvo, humos, neblinas, vapores y gases.

Con base en un conteo de partículas, más del 97% de las partículas en una atmósfera típica tienen menos de un micrón de tamaño. Un micrón es la millonésima parte de un metro, es decir 1/25400 de pulgada.

A fin de eliminar las bacterias suspendidas en el aire, el filtro debe ser capaz de eliminar partículas de hasta 0,3 micrones. Para detener el humo del tabaco, el filtro debe poder eliminar partículas de hasta 0,01 micrones, esta eliminación se puede obtener ya sea con un filtro mecánico de alta eficiencia o con un filtro electrónico. Los filtros desechables comunes son capaces de eliminar un micrón.

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Dos clases de filtros que se pueden utilizar para un manejador de aire de estación central son los del tipo en V y los del tipo plano.

La ventaja del tipo en V es que por su forma incrementa el área de la superficie del filtro.

Existen tres maneras de determinar los filtros:

Eficiencia Resistencia Capacidad de recolección de partículas.

La eficiencia de un filtro se puede determinar utilizando procedimientos establecidos por el estándar de prueba 52-76 de ASHRAE para comparar el aire de entrada con el de salida, estos datos están dados de acuerdo al fabricante.

La resistencia se puede medir utilizando un sistema diferencial de presión, este instrumento compara la presión del aire de entrada y salida, estas medidas indicarán cuando deben cambiarse los filtros.

La capacidad de recolección de partículas del filtro, de acuerdo al fabricante presenta pruebas para medir esta capacidad, de esta información se puede estimar dado el tiempo de operación su reemplazo.

Filtros fabricados de tela doblada o plegada, con profundidades de 6 a 12 pulgadas, tienen gran capacidad de retención de polvo y a menudo se utilizan en sistemas grandes.

6.3.2. FILTROS DE TABLERO

Los filtros de recubrimiento viscosa: están fabricados de fibras gruesas de alta porosidad, el medio filtrante está recubierto con una sustancia viscosa, que actúa como adhesivo para las partículas suspendidas en el aire que entran en contacto con el filtro. Como medio filtrante se utilizan varios materiales como fibras gruesas de vidrio, pelo animal, fibras vegetales, fibras sintéticas, lana metálica, mallas corrugadas, alambre acolchonado al azar y espumas sintéticas de celdas abiertas.

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El servicio de estos filtros dependerá de su construcción y su aplicación. Los filtros desechables están fabricados con materiales de bajo costo y se descartan después de su uso. Los filtros permanentes tienen bastidores mecánicos para soportar un uso continuo, su limpieza se efectúa lavándolos con vapor, agua o algún detergente.

Los filtros de tipo seco, de superficie extendida: están fabricados de esteras o colchonetas de fibras con diversos espesores comúnmente se utilizan fibras de vidrio aglutinadas, fieltro de lana, productos sintéticos. El plegado proporcionará una mayor área superficial de filtro, comparada con el área frontal y con una caída de presión razonable.

La eficiencia de los filtros secos por lo general es mayor que la del tipo de recubrimiento viscoso, además de su efectividad, los filtros secos tienen una mayor capacidad de retención de polvo y por lo tanto períodos de uso más largos.

Los filtros de aire de alta eficiencia de particulado (HEPA): son el estándar para el diseño de áreas limpias, tienen una configuración superficial extendida, con profundos pliegues de papel de asbesto y vidrio submicrónico, esta fibra operará durante su vida de servicio a una velocidad frontal de 250 pies por minuto con una caida de presión de 0,50 a 1,00 pulgadas de columna de agua.

6.3.3. FILTROS DE MEDIOS RENOVABLES

Los filtros de impactación viscosa y cortina móvil: es una cortina automática con un medio de fibras tratadas con un material viscoso y se presenta en forma de rollos.

El material se desenrolla desde la parte superior de la unidad, conforme la parte expuesta se satura de polvo, automáticamente se desenrolla una sección limpia, la porción utilizada se va acumulando en rollo en la parte inferior.

El filtro de medios secos de cortina móvil: opera de manera similar al modelo anterior, estos filtros son eficaces en la eliminación de la pelusa del aire en fábricas textiles, en establecimientos de limpieza en seco, la pelusa y la neblina de tinta en salas de imprenta.

6.3.4. FILTROS DE AIRE ELECTRÓNICOS

Los filtros de aire electrónicos utilizan el principio de precipitación para recolectar partículas suspendidas.

Existen tres tipos de unidades utilizadas:

La de placa ionizante. Medio con carga no ionizante. Medio con carga ionizante.

En el caso de la unidad de placa ionizante, el aire de entrada pasa a través de una serie de alambres ionizados a un alto potencial que genera iones positivos, estos iones se adhieren a las partículas de polvo suspendidas en la corriente de aire. Las partículas de polvo cargadas pasan a través de un campo eléctrico, que atrae las partículas cargadas y las elimina. El campo de corriente directa es creado por una corriente de 12000 Vcd que mantiene 6000 Vcd entre placas de atracción. Estas

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placas ofrecen poca resistencia al flujo de aire al flujo de aire, para mejores resultados el flujo de aire a través de las placas deberá tener una distribución uniforme. Antes de estos filtros se utiliza prefiltros de tipo convencional con el fin de eliminar papel, hojas, insectos y cosas similares.

Para su limpieza se utiliza agua sobre las placas, existen drenajes adecuados bajo los compartimientos de filtros, debido al alto voltaje utilizado en las unidades se han previsto interruptores de seguridad que desconectan la energía al abrir la puerta de acceso al filtro.

Los filtros de medio con carga no ionizante están conformados por un medio filtrante dieléctrico, por lo general colocado en dobleces como los filtros secos típicos. El medio dieléctrico consiste en una estera de fibra de vidrio, en una estera de celulosa o de algún material similar, soportada por una rejilla formada de miembros alternativamente aterrizados. Los miembros cargados están alimentados por energía de 12000 Vcd, las partículas suspendidas que se acercan al campo se polarizan y son atraídas a los filamentos de las fibras en el medio.

Este filtro cuando está limpio ofrece aproximadamente una resistencia de 0,10 pulgadas de columna de agua al flujo de aire con una velocidad frontal de 250 f.p.m.

Los filtros electrónicos de medio con carga ionizante combinan los efectos de los diseños anteriores, el polvo queda cargado en un ionizador de descarga en corona y es recogido en una estera filtrante cargada. Esta construcción incrementa la efectividad del filtro, pero su operación es más crítica.

Al utilizar filtros de aire electrónicos, pueden causar dos consecuencias debido a su operación:

Cargas espaciales. Ozono.

La unidad debe ser construida cuidadosamente de forma que las partículas de polvo no escapen hacia el espacio filtrado (carga espacial), de ocurrir esto las paredes se pueden oscurecer como si no se estuviera utilizando ningún dispositivo filtrante.

Todos los dispositivos de alto voltaje son capaces de producir ozono. Cuando la unidad está operando correctamente, la cantidad de ozono producida se mantiene debajo de los límites recomendados. Pero, cuando la unidad esta operando incorrectamente, se pueden producir niveles de ozonos molestos o incluso venenosos.

6.3.5. SERPENTINES DE CALEFACCIÓN Y ENFRIAMIENTO

El sistema de control incluye un sistema para cambiar de calefacción a enfriamiento o a la inversa, cuando las condiciones así lo requieran.

El serpentín de calefacción por lo general se selecciona para calefacción por agua caliente o vapor, por agua caliente es más fácil controlar, el serpentín de enfriamiento de agua fría se diferencia del anterior en que tendrá más hileras de tuberías.

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Los serpentines de tubos con aletas pueden estar dispuestos con anchos de 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 8 hileras de profundidad, son de drenaje libre, las tuberías se colocan alternados para mejorar la eficiencia térmica.

6.3.6. HUMIDIFICADORES

La humedad es la cantidad de vapor de agua existente en un espacio de aire determinado.

La humedad absoluta es el peso del vapor de agua por libra de aire seco.

La humedad relativa es la relación entre la cantidad real de vapor de agua en el aire y la cantidad que tendría si estuviera 100% saturado.

Al mantener la humedad correcta en el espacio determinado se tienen las siguientes ventajas:

Bienestar Preservación Salud Conservación de la energía.

El bienestar o comodidad es afectado por la humedad relativa del aire.

A una temperatura de 72º F, con 85% de humedad relativa (RH), se sentiría muy incómodo.

A la misma temperatura de 72º F, con 60% de humedad relativa, se sentiría confortable.

A la misma temperatura de 72º F, con 20% de humedad relativa, probablemente sentiría frío.

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Con los ejemplos anteriores se puede determinar que un exceso o un defecto de humedad no son placenteros y es muy importante mantener la humedad adecuada.

Para preservación de materiales higroscópicos como madera, cuero, papel y ropa, una cantidad determinada de humedad es imprescindible para conservar su estado adecuado, estos materiales se encogen cuando se secan, si la pérdida de humedad es rápida se torcerían y se producirían grietas.

Considerando la salud, la ciencia médica nos dice que las secreciones nasales contienen aproximadamente 96% de agua. Los doctores indican que si durante el invierno se secan las fosas nasales ello ayuda a que se inicie el resfriado común, el mantenimiento de una humedad inapropiada puede afectar la susceptibilidad de las personas a los resfriados.

Bajas humedades pueden causar encogimiento de los marcos alrededor de las puertas y ventanas, incrementando la infiltración del aire exterior y generando un mayor uso de energía, también una humedad adecuada admite temperaturas inferiores dentro de las habitaciones, con la correspondiente conservación de la energía.

6.3.7. VENTILADOR DE SUMINISTRO

Exteriormente esta compuesto por la carcasa o caracol, internamente encontramos al ventilador centrífugo, llamado también impulsor o soplador.

El impulsor debe ser capaz de suministrar el total de aire, trabajando contra la resistencia externa del acondicionador, incluyendo todos los ductos y rejillas.

Todos los diseños de ductos deben iniciarse con un cálculo preciso de la carga, la cantidad de aire suministrado a cada área depende de la temperatura del espacio, de la temperatura del aire de suministro y de las cargas por calefacción y enfriamiento del espacio.

Los ductos que se instalen en áreas no acondicionadas deberán aislarse correctamente e incluirse en los cálculos de la carga las pérdidas de calor.

Durante el enfriamiento la capa estancada se desarrolla cerca del techo y durante la calefacción se desarrolla cerca del piso.

Los retornos de enfriamiento deberán colocarse en la parte superior y los de calefacción en la parte inferior.

Para sistemas que se utilicen todo el año, deberán colocarse los retornos a una altura media donde ocurra el área o capa estancada más grande.

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El tamaño y rendimiento de los componentes de un sistema están relacionados entre sí, después de haber calculado las cargas de calefacción y/o enfriamiento, deberá seguirse el siguiente procedimiento:

Determinar la localización de los ductos. Determinar la localización de la unidad de calefacción y/o de enfriamiento. Seleccionar los componentes de control. Determinar el flujo de aire máximo de calefacción y/o enfriamiento de

suministro y de retorno para cada localización. Seleccionar el equipo de calefacción y/o enfriamiento. Seleccionar las rejillas de suministro y de retorno de aire.

A continuación tenemos un ejemplo de un sistema completo de calefacción y/o enfriamiento.

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6.4. BOMBA DE CALOR (HEAT PUMP)

La bomba de calor es un sistema utilizado en acondicionadores de aire de bajas capacidades, estos pueden trabajar como calefactores o enfriadores dependiendo de la época del año, el sistema utiliza una válvula de cuatro vías cuya función es la de invertir el sentido de flujo del refrigerante haciendo que las funciones del evaporador y del condensador se intercambien.

En verano el evaporador absorbe calor y el condensador emite calor.

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En invierno el evaporador emite calor y el condensador absorbe calor.

CUESTIONARIO 6:

1. ¿Cuáles son las características de los filtros de aire?

2. En qué consiste el Bienestar o confort?

3. A qué se refiere la preservación?

4. Dibuje un sistema convencional de estación central con ductos.

5. Explique la distribución de las rejillas de suministro y retorno para enfriamiento y calefacción.

6. Explique como funciona la bomba de calor.

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7. CIRCUITOS MECÁNICOS Y ELÉCTRICOS DE SISTEMAS INDUSTRIALES.

7.1. CIRCUITO MECÁNICO Y ELECTROMECÁNICO DE UN SISTEMA DE REFRIGERACIÓN INDUSTRIAL

• OUB Separador de aceite • KP5 Presostato de alta• GBC Llave manual• DML Filtro secador• SGI Visor (HFC – HCFC)• HE Intercambiador de calor • TE VET con ecualización externa• KP 61 Termostato control de ventiladores• KVR Reg. de pres. de condensación• NRD Válvula de presión diferencial• BML Válvula de cierre manual• EVR Válvula solenoide• KP 75 Termostato• KVS Reg. de presión de evap. elect.• KP15 Presostato combinado• MP55 Presostato diferencial• BMT Válvula de tres vías• T (3) VET con ecualización interna• KVC Regulador de capacidad• KVL Reg. de presión de succión• 23L Termostato ambiental

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7.2. CIRCUITO ELÉCTRICO DE UN SISTEMA DE REFRIGERACIÓN O ACONDICIONADOR DE AIRE INDUSTRIAL

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CUESTIONARIOProblema １:　

Con relación al circuito que se presenta en el siguiente gráfico, en la hoja de respuestas escribir VERDADERO si la afirmación es correcta y si es incorrecta escribir FALSO.

• Si el termostato esta abierto, el compresor para de funcionar después de que la presión desciende. …………………

• Cuando el termostato se cierra, al mismo tiempo el compresor se mueve. ……..

• Cuando esta encendida la lámpara piloto, se encuentra en funcionamiento el sistema de refrigeración. ………………

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Código Nombre Código Nombre

SInterruptor principal

63HPresostato de alta

23L Termostato 63LPresostato de baja

21RVálvula electromagnética

51CRelevador de sobre corriente

42XRelevador auxiliar

L Lámpara piloto

52CContactor magnético para compresor


Problema 2:　　

Con relación al circuito presentado en el gráfico siguiente, explicar el funcionamiento.

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Código Nombre del elemento

23L Termostato

21RVálvula electromagnética para refrigerante

42X Relevador auxiliar

L Lámpara piloto

S Interruptor

63L Presostato de baja

52CContactor magnético para compresor

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1 REFRIGERACIÓN Y ACONDICIONADORES DE AIRE