Compresores y Gases

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  • MDULO 4 > CIRCUITO FRIGORFICO REAL

    NDICE

    4.1> TIPOS DE COMPRESOR 4.2> TIPOS DE EXPANSORES 4.3> TIPOS DE EVAPORADORES 4.4> TIPOS DE CONDENSADORES 4.5> TIPOS DE GASES REFRIGERANTES NOTA: Los contenidos de este captulo se acompaan de animaciones y videos explicativos que encontrars en el CD del curso.

  • 4.1> TIPOS DE COMPRESORES

    4.1.0 > INTRODUCCIN

    Definicin del compresor: Entendemos por compresor al instrumento mecnico que es capaz de reducir el volumen ocupado por un gas o una mezcla de gases (nunca lquidos). La reduccin de volumen se consigue por efecto de la presin ejercida sobre el propio gas. Esta presin es generada por el elemento compresor, siendo ste movido por un elemento motor. Al reducir de cualquier manera el volumen de un gas, conseguimos que proporcionalmente se produzca un aumento en su presin.

    El nombre que damos al tipo de compresor depender de diversos factores que veremos ms adelante. Todos los compresores deben traducir un trabajo mecnico en compresin.

    A lo largo de este captulo vamos a conocer los distintos tipos de compresores existentes, y cules son sus aplicaciones comerciales ms habituales.

    4.1.2 > TIPOS DE COMPRESORES POR SU CONSTRUCCIN

    4.1.2.0> Temperatura seca Si nos fijamos en su sistema constructivo tenemos tres tipos de compresores. Los distintos sistemas constructivos utilizados afectan principalmente a la posibilidad de realizar labores de mantenimiento y reparacin de los mismos, aunque en algunos casos influyen tambin las otras condiciones que veremos ms adelante.

    Los tipos de compresores por su construccin son:

    Compresor Hermtico Compresor Semi-hermtico Compresor Abierto

    4.1.2.1> Compresor hermtico

    Son compresores que vienen hermticamente cerrados de fbrica, no permitiendo que se realice ningn tipo de mantenimiento. Estos compresores son ideales para pequeas potencias, pues su precio es relativamente bajo y no es econmicamente rentable realizar ningn tipo de reparacin.

    Al haberse extendido la fabricacin de este tipo de compresores en potencias mayores, debido a lo econmico de su produccin, han surgido empresas que los reparan abriendo la carcasa con elementos de corte, reparando el motor y soldando nuevamente la envolvente.

  • Compresor hermtico Construccin

    4.1.2.2> Compresor semi-hermtico

    Son compresores que permiten la accesibilidad a las partes que componen la zona de compresin, pero tienen limitado el acceso a la zona motora. Este tipo de compresores son muy utilizados en las instalaciones de medianas y grandes potencias.

    La zona de compresin es la que ms habitualmente requiere ser reparada, siendo relativamente fcil en los compresores semi-hermticos realizar pequeas labores de mantenimiento.

    La zona motora no es fcilmente accesible y aunque lo fuera las reparaciones de esta zona requieren taller especfico.

    Compresor semi-hermtico Construccin

  • 4.1.2.3> Compresor abierto

    Es accesible en su totalidad tanto en la zona de compresin, como en la zona motora. La caracterstica ms importante es que las dos partes son completamente independientes. Para que la transmisin se realice entre uno y otro se utiliza un acoplamiento, que se denomina acoplamiento elstico. Este acoplamiento permite transmitir toda la fuerza de la zona motora a la zona de compresin sin apenas prdidas.

    El principal inconveniente que tienen estos equipos es que al tener un eje saliente de la zona de compresin, existe una gran posibilidad de fugas de refrigerante, teniendo que tener especial atencin con las prdidas de refrigerante. En el eje se monta un cierre mecnico que consiste en un sistema de juntas y muelles que evitan al mximo la posible prdida de refrigerante.

    Si utilizamos amonaco como refrigerante no podemos utilizar nada ms que este tipo de compresores, pues en los otros casos el bobinado del motor est en contacto con el refrigerante y el amonaco ataca estos bobinados destruyendo la capa de barniz protector.

    Compresor abierto Construccin

    Existe tambin la posibilidad de que las dos partes: zona motora y zona de compresin se coloquen en paralelo, pero este sistema obliga a realizar la transmisin mediante correas o cajas de engranajes.

    Compresor abierto con acoplamiento por correa

    Compresor abierto con acoplamiento por mltiples

    correas Seccin de compresor abierto

  • Tipos de Acoplamiento y alineamiento de los mismos: los compresores abiertos necesitan que exista un elemento de unin entre las dos partes que lo componen ( zona compresora y zona motora ) que se encargue de transferir el movimiento del rgano motor al elemento compresor. Las formas de solucionar esta unin son varias, dependiendo de nuestro inters y de las caractersticas de las distintas formas de unin. Acoplamiento: A la unin de los dos elementos se le denomina acoplamiento y los ms utilizados son: Acoplamiento Directo, Acoplamiento Elstico y Acoplamiento por correas.

    Alineamiento: Denominamos alineamiento al proceso fsico de conseguir el correcto posicionamiento de los elementos de transmisin entre motor y compresor. Dependiendo del acoplamiento que seleccionemos la tarea de alineamiento es ms o menos difcil de realizar.

    Acoplamiento directo: Cuando el eje es comn siendo una sola unidad el eje del motor y del compresor, este sistema no tiene presencia apenas en los compresores. En la puesta en marcha el eje tendra que soportar grandes esfuerzos de torsin. En algunos casos para evitar que la avera de uno de los elementos afecte a las dos partes se realiza el montaje de un eje partido que posteriormente se alinea y se une mediante tornillos o bridas. Alineamiento: El alineamiento en este tipo de unin es importantsimo pues la incorrecta posicin entre ambos elementos producira grandes vibraciones y desgastes en las zonas de apoyo de los ejes.

    Acoplamiento elstico: las dos partes que forman el compresor se unen entre s mediante un engranaje doble. Entre medias de este engranaje se sitan tacos de goma que impiden que en las arrancadas se transfiera todo el esfuerzo de torsin entre los ejes, siendo absorbido casi por completo por los tacos de goma. Con el tiempo y el uso estos tacos de goma pueden llegar a deteriorarse produciendo el contacto o roce de ambas partes. Por tanto, cada cierto tiempo se debe verificar la integridad de los tacos para su cambio por otros nuevos antes de que se produzca algn dao en el equipo.

  • Acoplamientos elsticos para diversas aplicaciones

    Siempre entre las dos partes metlicas existe un elemento elstico que las separa, evitando el contacto metlico entre ambas partes. Cuando las dos partes se unen el material elstico queda casi completamente oculto.

    Alineacin de acoplamiento elstico: los acoplamientos elsticos debern estar perfectamente alineados, pues de lo contrario las arrancadas podran causar serios daos al propio acoplamiento. En este tipo de acoplamiento debemos tener especial atencin al alineamiento, para que la transferencia de esfuerzos a los tacos de goma se produzca por igual a todos los que lo forman.

    Acoplamiento por correas: consiste en transferir el movimiento del motor al compresor mediante correas. Las correas suelen ser de forma trapezoidal y el nmero de ellas suele ser de 1 para pequeas potencias hasta 4 o ms para transmitir grandes potencias. En este sistema nunca existe la posibilidad de que se produzca el contacto entre los dos ejes, pero al ser las correas las que tienen que soportar todas las tensiones de las arrancadas, stas se deterioran con cierta facilidad. Para evitar esta rotura entre correas, en el caso de motores que utilizan varias correas, este tipo de acoplamiento permite que variemos la relacin entre nmero de vueltas del motor y del compresor, variando los dimetros de las poleas de ambos elementos. Las correas deben colocarse con la tensin justa, de no ser as podramos causar daos irreparables en los rganos en los que se apoyan los ejes. Adems el alineamiento entre poleas tambin tiene que ser perfecto, pues en caso contrario las correas se romperan con gran facilidad. En algunos elementos de transferencia de trabajo mediante correas es necesario de vez en cuando realizar ajustes en la tensin de las mismas, pues se produce en ellas holguras y desgastes que hacen que la correa pierda adherencia, llegando a patinar, con lo que se interrumpe la transmisin del movimiento entre los dos elementos. Cuando una correa de todas las instaladas en las poleas de transmisin se deteriora se deben sustituir

  • todas las existentes, no pudiendo dejar aquellas que se encuentren en buen estado debido a que al haber estado funcionando y sufrido tensiones varan su permetro siendo este siempre ms grande que el valor que tenan en origen.

    Correas ms utilizadas para transferencia de movimiento entre poleas

    Las correas cuentan con varias capas siendo la ms importante la indicada con puntos blancos

    que es de material textil muy resistente, el resto de la correas es de material tipo caucho muy adherente y resistente al desgaste. Las correas pueden ser dentadas o lisas, siendo la inclinacin

    de los lados de la correa variable. Alineacin de las poleas del acoplamiento por correas: Los acoplamientos por correas requieren que las poleas que lo forman estn perfectamente alineadas, pues de lo contrario en las arrancadas podran romperse en muy poco tiempo las correas de transmisin. Para realizar el alineamiento se utiliza una regla y se comprueba que la misma asienta por igual en las dos poleas. Si fuera necesario corregir el alineamiento debemos actuar dependiendo del defecto observado de una u otra forma. Habr que corregir la perpendicularidad de los ejes, antes de fijar los elementos a la base en la que se apoyan. Si por el contrario el defecto de alineamiento solamente es debido a un defecto de posicin ste puede ser corregido mediante el tornillo de apriete que desplaza linealmente la plataforma de apoyo de los elementos.

    Poleas correctamente alineadas

  • Defectos comunes de alineamiento "Defecto de inclinacin"

    Es debido a que tenemos una posicin incorrecta entre los ejes de los dos elementos. Para poder corregirlo necesitamos fijar correctamente el motor, los tornillos de sujecin tienen holgura suficiente para hacer esta correccin de la posicin. En este caso el tornillo de regulacin no puede corregir el defecto de perpendicularidad.

    Defectos comunes de alineamiento

    "Defecto de posicin"

    Es el ms sencillo de corregir. Si los elementos que queremos alinear disponen de tornillo de deslizamiento en la plataforma soporte, este

    tornillo produce un deslizamiento de la plataforma mvil sobre la plataforma fija hasta alcanzar la

    posicin deseada.

    4.1.2.4> Parcializacin de compresores. Generalidades La parcializacin de potencia en los compresores consiste en que la potencia frigorfica que el compresor es capaz de generar pueda variarse. Quiere decir que, dependiendo de las necesidades trmicas que tengamos en el local que queremos climatizar, el compresor estar dotado de algn sistema que consiga que cuando no es necesaria toda su potencia frigorfica pueda reducirla automticamente con el consiguiente ahorro energtico. La existencia de estos sistemas es debida a la obligatoriedad que establece la normativa que reglamenta las instalaciones de calefaccin y climatizacin, (RITE) que indica claramente cmo debe ser

  • capaz de variar su produccin frigorfica un equipo en funcin de la potencia del mismo. Tengamos siempre presente que el ahorro conseguido con estos sistemas es muy grande.

    Ejemplo de aplicacin de compresor sin parcializacin. Tenemos una instalacin de 500.000 frigoras cuando ponemos el equipo en marcha funcionando a plena potencia. Pero cuando llegamos a la temperatura que nosotros deseamos la mquina se para por completo. Al estar la mquina completamente parada la temperatura vara rpidamente, volviendo a arrancar cuando apenas ha pasado nada de tiempo desde que par. En todos los equipos las arrancadas hacen que stos envejezcan muy rpidamente. Adems en cada arrancada se produce un consumo innecesario de energa.

    Ejemplo de aplicacin de compresores con parcializacin. El momento de mayor consumo del compresor se produce cada vez que arranca. En el ejemplo anterior al tratarse de una mquina muy grande lo normal es que cuente con algn sistema de parcializacin que cuando nos vamos acercando a la temperatura deseada en el local en lugar de parar la mquina por completo lo que hace es disminuir su funcionamiento al 50%, con lo que conseguimos que la mquina produzca 250.000 frigoras adaptndose as a la demanda de la instalacin. Adems al no pararse la mquina evitamos las puntas de consumo de las arrancadas. Las parcializaciones pueden ser de dos tipos :

    Parcializacin Escalonada, consiste en que la potencia se divide en varios escalones. En el ejemplo anterior tenamos un solo escaln pero podemos tener ms, por ejemplo 4 escalones que nos permitirn trabajar al 100%, 75%,50% o 25% de la potencia del compresor.

    Parcializacin Continua, consiste en ir de forma continuada adaptando la potencia a las necesidades del local de forma proporcional. Es como si tuviramos infinitos escalones de potencia, que se van adaptando en funcin de las necesidades. Este sistema es mucho mejor que el anterior, pero requiere equipos de regulacin de velocidad para los motores de los compresores.

    La forma en que conseguimos la realizacin de la parcializacin depender del tipo de compresor, por eso lo veremos ms adelante junto a los distintos tipos de compresores. 4.1.3 > COMPRESORES POR SU ENERGA DE MOVIMIENTO

    4.1.3.0> Introduccin Los compresores son sistemas mecnicos que pueden ser movidos por distintos tipos de energa. Aqu veremos los ms utilizados y por qu razones han llegado a serlo.

    El tipo de energa utilizada para el movimiento del compresor, no debe de afectar negativamente al circuito frigorfico, siendo el circuito frigorfico bsicamente igual independientemente de la energa que lo mueva.

    En algunos casos el tipo de energa utilizada puede presentar algunas caractersticas que lleguen a mejorar el rendimiento de los equipos.

  • 4.1.3.1> Movidos elctricamente

    Los compresores elctricos son los ms utilizados. En la actualidad tienen una serie de caractersticas que los han llevado a ser los ms extendidos, estas caractersticas son:

    Nulo mantenimiento. Los motores elctricos apenas sufren desgaste de sus elementos, no requiriendo apenas labores de mantenimiento, lo que permite llegar a encapsularlos como ocurre en los compresores elctricos hermticos.

    Bajo precio. En relacin con los dems sistemas son los ms econmicos, debido principalmente a lo extendido de su uso. El gran nmero de unidades fabricadas en toda la gama de potencias proporciona precios muy econmicos, abaratando a su vez los circuitos frigorficos al ser este elemento el que tiene un mayor coste.

    Bajo nivel sonoro. El nivel de ruido emitido es prcticamente nulo para pequeas potencias, lo que permite tener maquinaria frigorfica funcionando dentro de nuestros hogares sin que llegue a resultar molesto.

    4.1.3.2> Movidos por gas natural

    Los compresores movidos mediante motores de gas natural son poco conocidos, pues su utilizacin est concentrada en maquinaria de potencias muy grandes, no teniendo presencia en el sector domstico. Este tipo de motores es una buena alternativa dando un excelente resultado tanto en produccin de fro como en produccin de calor (bomba de calor ). Para la bomba de calor obtiene rendimientos muy altos.

    En los equipos en los que se incorpora este tipo de motores para mover el compresor, los elementos fsicos que componen el ciclo frigorfico son idnticos a cualquier otro en lo que se refiere a mecnica, variando solamente el compresor, que en este caso consiste en un compresor abierto que en vez de llevar un motor elctrico para producir el movimiento de compresin, se le acopla un motor de combustin por gas natural, similar al que puede tener un vehculo, variando su tamao en funcin de la potencia.

    La forma utilizada para aumentar el rendimiento en bomba de calor es utilizar el calor desprendido por el motor para calentar el evaporador ( unidad exterior en la bomba de calor ) con lo que se soluciona el problema de imposibilidad de funcionamiento de las bombas de calor en invierno, cuando las temperaturas ambientales son muy bajas. Este calor aplicado en el evaporador contribuye a evitar la formacin de escarcha en el evaporador eliminando los indeseables perodos de desescarche en los que las bombas de calor tienen que paralizar su aporte de calor al local para conseguir eliminar la escarcha de las bateras de evaporacin (que en invierno funciona en el exterior y est sujeta a bajas temperaturas con altos niveles de humedad, lo que produce en la batera una captacin constante de vapor de agua que llega a congelarse si las temperaturas de evaporacin llegan a ser inferiores a 0 algo muy comn en invierno en la mayor parte del pas).

    Ecolgicamente el gas natural es bastante limpio y poco contaminante, permitiendo en algunas provincias recibir ayudas si se opta por este sistema en detrimento de otros ms contaminantes como el carbn o el fuel.

    La buena acogida es debida tambin a que desde hace unos aos las empresas comercializadoras de gas natural, estn impulsando usos alternativos para sus combustibles, subvencionando la compra de este tipo de maquinarias.

  • Como contrapunto estara el mantenimiento que requieren, pues sera necesario realizar los mismos procesos de mantenimiento que se realizan a los motores de los vehculos, es decir:

    - Cambios de aceite cada cierto nmero de horas de funcionamiento. - Cambio de filtro del aire.

    4.1.3.2> Movidos por otros combustibles lquidos Existe tambin la posibilidad de mover estos compresores con combustibles lquidos, pero resultan ms ruidosos y contaminantes, quedando su uso casi en exclusiva para equipos frigorficos mviles de los instalados en camiones o barcos, que al no poder disponer fcilmente de electricidad suficiente utilizan combustible lquido como fuente de energa. 4.1.4 > TIPOS DE COMPRESORES DESPLAZAMIENTO POSITIVO

    Ejemplos de compresores de desplazamiento positivo

    Compresor alternativo Compresor rotativo Si nos fijamos en su sistema constructivo tenemos tres tipos de compresores. Los distintos sistemas constructivos utilizados afectan principalmente a la posibilidad de realizar labores de mantenimiento y reparacin de los mismos, aunque en algunos casos influyen tambin las otras condiciones que veremos ms adelante.

    4.1.4.1> Alternativos 4.1.4.1.0 COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Los compresores de desplazamiento positivo son aquellos que basan su funcionamiento en la admisin en la cmara de compresin del gas que queremos comprimir, reduciendo posteriormente el tamao de la cmara para aumentar la presin del mismo. Los compresores de este tipo se dividen en dos grandes grupos que son:

    4.1.4.1.1 Alternativos

    4.1.4.1.2 Rotativos

  • 4.1.4.1.1 ALTERNATIVOS

    Producen la compresin por un movimiento alternativo. Los ms comunes estn formados por un pistn que en su movimiento ascendente produce la compresin del refrigerante a alta presin y en su movimiento descendente produce la aspiracin del refrigerante a baja presin. Es el ms extendido y durante muchos aos fue el nico tipo de compresor existente. Hoy en da ha sido desbancado por otros modelos aunque en ciertas potencias sigue siendo el ms utilizado. La toma de descarga se reconoce fcilmente por ser la de dimetro ms fino, mientras que la toma de aspiracin suele ser un poco ms gruesa. En este tipo de compresores toda la carcasa exterior es zona de baja presin, estando la descarga conducida mediante un tubo flexible. La parcializacin de potencia en este tipo de compresores se puede realizar de dos formas:

    Por variacin de la velocidad de rotacin del motor que mueve el eje del compresor. Si el motor es de combustible lquido o gaseoso es suficiente con estrangular el paso del combustible a las cmaras de combustin, de forma similar a como funcionaria un coche cuando quitamos el pie del acelerador. Si por el contrario el motor es elctrico necesitaremos para poder variar su velocidad un equipo variador de frecuencia. Estos equipos modifican la frecuencia de la energa elctrica de los 50 Hz que es lo normal en Europa (60 Hz en EE.UU.) a valores inferiores. La frecuencia es el valor ms sencillo de variar dentro de los que definen la velocidad de funcionamiento de un motor.

    Por anulacin de cilindros, que consiste en abrir una va de comunicacin entre la cmara de aspiracin y la de descarga del pistn con lo que conseguimos que el pistn solamente est batiendo el refrigerante dentro de su alojamiento sin producir compresin en el gas, siendo as su consumo muy inferior. En equipos con mltiples compresores podemos parar escalonadamente stos para conseguir mayor nmero de escalones de parcializacin de potencia.

    Compresores alternativos de simple y doble efecto: stos son los tipos de compresores de desplazamiento positivo ms antiguos y conocidos. La diferencia entre uno de simple o doble

  • efecto est en que los de simple efecto por cada vuelta del eje producen un movimiento de compresin y otro de aspiracin, mientras que el de doble efecto por cada giro del eje produce dos movimientos de compresin y dos de aspiracin. Los compresores de doble efecto utilizan los dos lados del pistn para poder comprimir.

    Ejemplos de compresores de desplazamiento positivo

    Acoplamiento al eje de los pistones de un compresor

    alternativo de efecto simple

    Movimiento de vlvulas en compresores de simple y

    doble efecto

    Acoplamiento al eje de los pistones de un compresor de

    doble efecto Las vlvulas de aspiracin y descarga son auto-accionadas, abren y cierran, a merced de la diferencia de presin. El funcionamiento de las vlvulas es asistido por pequeos muelles, que ayudan a acelerar el movimiento de cierre. Un conjunto de vlvula consta de un asiento, discos, muelles y guardavlvulas.

    Los discos se mueven entre el asiento y el guardavlvulas. Cuando estos estn adheridos al asiento, la posicin es cerrada. Para poder reducir los efectos de los impactos es bastante frecuente incluir, sobre el asiento de vlvula, un doble juego de discos; los ms prximos al asiento son los discos amortiguadores.

    Elementos que componen el compresor alternativo: los elementos bsicos de un compresor son:

    La camisa o manto del cilndrico, dentro del cual se desliza un pistn y en cuyo interior se forma la cmara de compresin.

    La tapa de vlvulas, soporta las vlvulas de aspiracin y descarga. La alternancia de apertura y cierre de las vlvulas produce la compresin.

    El cigeal cuyo eje se conecta a un motor y transmite el movimiento al pistn o pistones.

    El pistn encargado de comprimir los gases con su movimiento alternativo

    El pistn en su recorrido tiene varias posiciones que son las siguientes: Punto muerto superior (PMS). Corresponde con la posicin ms alta del recorrido, cuando se encuentra en este punto ha producido la mxima compresin al refrigerante. Punto muerto inferior (PMI). Corresponde con la posicin ms baja del recorrido, cuando se encuentra en este punto ha producido la mxima aspiracin de refrigerante.

    La distancia entre ambos puntos es la carrera del pistn (L). Es importante notar que cuando el pistn est en el PMS, el volumen de la cmara de compresin no es cero. Este volumen se denomina "volumen o espacio muerto", cuanto menor sea el espacio muerto mayor es el

  • rendimiento del compresor, pero tambin es ms susceptible de sufrir daos si le llegase a entrar partculas de lquido. Los anillos de desgaste con una pequea friccin garantizan la hermeticidad entre el pistn y la camisa. Con el tiempo llegan a desgastarse perdiendo capacidad de compresin, pudiendo ser sustituidos por nuevos.

    Dibujo de las posiciones del pistn

    Dibujo de las posiciones del pistn El funcionamiento de un compresor alternativo es el siguiente:

    Como punto inicial el pistn se sita en el PMS.

    El gas se encuentra a alta presin con la vlvula de admisin cerrada y la vlvula de escape abierta.

  • Al comenzar la embolada descendente la presin interior disminuye rpidamente a un valor levemente inferior a la presin de salida.

    Esta diferencia de presin es suficiente para cerrar la VE, quedando cierta cantidad de gas en el interior.

    Debido al constante aumento del volumen, la presin interior disminuye hasta que, antes que el pistn llegue al PMI, se alcanza un valor inferior a la presin en la lnea de succin.

    La diferencia de presin abre la Vlvula de aspiracin y el gas es aspirado hacia el interior.

    Despus de alcanzar el PMI, el mbolo sube, comprimiendo al gas encerrado en la cmara y cerrando la Vlvula de aspiracin

    Cuando la presin interior es mayor que la que existe en la lnea de descarga se abre la Vlvula de escape.

    El gas es empujado hacia la salida por el pistn, hasta que ste llega nuevamente al PMS, completndose el circuito.

    4.1.4.1.2 ROTATIVOS

    Compresor rotativo: Son mquinas de desplazamiento positivo, de un slo eje y una relacin de compresin determinada. Basan su funcionamiento en elementos cilndricos con su eje desplazado sobre el que actan una o varias paletas mviles que delimitan las cmaras de aspiracin y descarga.

  • Compresor rotativo de paleta fija: En este tipo de compresores la paleta es fija y tiene un movimiento retrctil dentro del estator, estando ste formado por una rueda, con su centro desplazado hacia el exterior, que produce (mediante un nmero de paletas variable) cmaras independientes de compresin y de aspiracin. El nmero de paletas es variable, aunque normalmente slo poseen una. Suele tener solamente dos tomas de conexin: una de descarga, que corresponde a la ms fina y est situada en la parte ms alta del compresor y una ms gruesa situada en la parte baja del compresor. Para la aspiracin esta lnea lleva incorporado un pequeo depsito que evita llegadas de refrigerante en estado lquido. La carcasa externa es zona de alta presin (al contrario de lo que ocurra en los alternativos), estando siempre muy caliente, la toma de aspiracin va conducida directamente a la aspiracin del equipo.

    La parcializacin de potencia solamente se puede realizar por variacin de velocidad de rotacin del elemento motor

    Compresor rotativo Construccin

  • Para ver funcionamiento pulsar " PONER EN MARCHA"

    Compresor rotativo de paletas mviles: Un rotor con paletas retrctiles acopladas en su interior se monta, de forma descentrada, dentro de una carcasa cilndrica que hace la funcin de estator o parte fija.

    El aire aspirado por el compresor, va entrando a los espacios existentes entre cada dos aletas, zona de mayor excentricidad, en donde tales espacios son mayores. Al girar el motor, el volumen entre aletas va disminuyendo y el aire se comprime, hasta llegar a la lumbrera de descarga.

    Este principio de trabajo se utiliza ampliamente en los motores neumticos.

    El amianto y la fibra de algodn, impregnadas en resinas fenlicas, son los materiales ms utilizados en la fabricacin de paletas; tambin se utiliza bastante el aluminio.

    Los compresores de paletas estn generalmente baados de aceite. Sin embargo, tambin hay compresores de paletas exentos de aceite y , en este caso, las paletas son de bronce o de carbn grafitado.

  • Compresor de espiral o de scroll: Formado por dos placas que poseen en relieve una espiral. Produciendo un movimiento giratorio excntrico conseguimos generar sucesivas cmaras de compresin - aspiracin, terminando la compresin en el centro de la espiral.

    Compresor de tornillo: El compresor de tornillo seco est formado por dos rodillos con un perfil helicoidal, uno macho y otro hembra que giran con sus ejes paralelos. Al girar, el espacio entre ellos primero aumenta, generando una depresin mediante la que se aspira el fluido, y posteriormente se reduce comprimiendo de forma continua. Los rotores no se tocan, ni entre s, ni con la carcasa, y en consecuencia no se precisa lubricar el espacio de compresin (interlobular), sin embargo s es necesaria una refrigeracin auxiliar.

    Los compresores de tornillo se utilizan para grandes potencias, de 100 a 200 kW y suelen ser semihermticos. Las potencias trmicas generadas para las que son rentables este tipo de compresores estn alrededor de los 500 kw.

    Estos compresores pueden funcionar a velocidades elevadas, debido a que no existen vlvulas de aspiracin ni impulsin ni fuerzas mecnicas que puedan generar desequilibrios; y todo ello hace posible que sus dimensiones exteriores sean muy pequeas en relacin a su capacidad.

    Los compresores de tornillo del tipo seco incorporan engranajes de distribucin para sincronizar la relacin de rotacin de los rotores macho y hembra.

    En este tipo de compresores, cuando su capacidad es pequea, es necesario que el eje gire a velocidades elevadas. No obstante, si en el espacio interlobular se inyecta aceite, pueden entonces reducirse dichas velocidades.

  • 4.1.5 > TIPOS DE COMPRESORES DINMICOS En un compresor dinmico, el aumento de presin se obtiene comunicando a un flujo de gas cierta velocidad o energa cintica, que se convierte en presin al desacelerar el gas cuando este pasa a travs de un difusor. Su principal ventaja es que el refrigerante no se puede contaminar con el aceite, pues no tienen contacto los dos elementos.

    En este tipo de compresores tenemos: los Centrfugos, Centrfugos de canal lateral y los Axiales.

    Recordatorio Antes de comentar los tipos de compresores es conveniente recordar algunos conceptos importantes, como son:

    El rotor es la parte mvil de un elemento giratorio motor o compresor.

  • El estator es la parte fija de un elemento giratorio en cuyo interior se encuentra el rotor.

    Los alabes son partes de una hlice o rodete que se encarga de imprimir fuerza centrfuga a un fluido.

    El rodete es un elemento donde se alojan los alabes y que acoplado al rotor directa o indirectamente es capaz de transmitir la energa de movimiento de un motor al fluido que queremos desplazar.

    4.1.5.1> Compresor centrfugo En los compresores centrfugos, el desplazamiento del fluido es esencialmente radial provocado por el movimiento circular del rotor ( parte mvil del compresor ). El fluido es aspirado por el centro de la turbina y es impulsado por lo alabes hacia el exterior de la misma. La fuerza centrfuga genera la compresin de las partculas del refrigerante contra las paredes donde est alojado el impulsor de la turbina. En la zona de compresin existen unos canales que guan la salida del refrigerante comprimido hacia los difusores, en los que el fluido se desacelera. Con este proceso conseguimos convertir la energa cintica en presin.

    Detalles de rotor de compresor centrifugo

    En este turbo se ven la forma de los alabes que forman el rotor y cmo estn

    conectados a la zona de descarga.

    Compresin de los gases por fuerza centrfuga en una turbina centrfuga.

    Las velocidades de funcionamiento son muy altas para conseguir la mayor energa centrfuga en el refrigerante impulsado. Mientras en un compresor de gama comercial alternativo tendramos una velocidad de rotacin de 2.500 r.p.m. en este tipo de compresores centrfugos las gamas comerciales suelen rondar las 20.000 r.p.m. llegando frecuentemente en algunos casos especficos al margen de funcionamiento de entre 50.000 - 100.000 r.p.m. para industria aeronutica y equipos especiales. Debido a las elevadas velocidades con que se construyen los compresores dinmicos de tamao medio, se utilizan cojinetes amortiguadores inclinados o abiertos en lugar de los rodillos, que son los que se incorporan a los compresores de desplazamiento.

  • El compresor puede constar de uno o ms impulsores dependiendo de si lo que deseamos es aumentar presin. o caudal:

    Los rodetes se sitan en serie. Si queremos obtener aumentos en la presin tendremos que conseguir que el primer rodete recoja, aspire el refrigerante y lo comprima saliendo a mayor presin por la descarga. Posteriormente en la descarga un canal conducir el refrigerante a la aspiracin del segundo rodete en el que se vuelve a producir un nuevo aumento de presin.

    Los rodetes se sitan en paralelo si queremos aumentar el caudal ( as descargan el mismo gas simultneamente los dos a la misma presin). Si dispone de varios impulsores en paralelo la cantidad de refrigerante a la salida ser proporcional al nmero de ellos.

    El caudal mnimo de un compresor centrfugo est limitado principalmente por el flujo de la ltima etapa.

    Tambin debemos tener en cuenta que le afecta la masa especfica del refrigerante, siendo preferible la utilizacin de refrigerantes pesados del tipo de los halogenados y no como el amonaco, que es poco recomendable.

    Ejemplo: Para entender su funcionamiento podemos imaginar el motor de un avin. En ese caso la combustin produce el movimiento de la turbina que absorbe el aire por delante y lo enva hacia atrs mediante los alabes. El paso del aire por su interior consigue un movimiento de empuje hacia adelante que es el que utiliza el avin. En nuestros compresores el accionamiento es elctrico y lo que aprovechamos es el empuje que la turbina produce al gas que pasa a travs de l. El refrigerante es aspirado por el centro (zona de baja presin) y enviado hacia el exterior de la carcasa que forma el compresor (zona de alta presin), consiguiendo as realizar la compresin. Algunos ejemplos representativos que nos dan una idea de la capacidad frigorfica de estos equipos son las instalaciones en las que se utilizan mquinas de estas caractersticas como son torres de oficinas, centros comerciales, etc. En Madrid podemos encontrarlos en instalaciones como Edificio Puerta Europa ( Torres Kio), centros comerciales de El Corte Ingls, etc.). Cuentan con un solo equipo para toda la instalacin.

    4.1.5.2> Compresores de canal lateral

    La compresin se consigue por la aceleracin del gas en el rotor del compresor, generando la sobrepresin del gas en el canal lateral perifrico al rotor, que caracteriza la esttica y el funcionamiento del equipo. Si queremos conseguir un correcto funcionamiento debemos tener valores de velocidad alta. Este compresor se caracteriza porque alcanza una presin de hasta 550 mbar mximo o caudal de aire de hasta 15,5 m3/min.

    En este caso el compresor es de accionamiento elctrico existiendo igualmente con otros tipos motores.

    Este tipo de motor puede aplicarse a campos tan variados como transporte de aire (en cantidad reducida o intermedia), en instalaciones de resistencia muy elevada, instalaciones neumticas postales, elevadores de vaco, sistemas de transporte neumtico, regeneracin de agua, aspiracin de gases de soldadura y aspiradores en general.

    Adems, incorporan dispositivo de inversin del flujo para cambios rpidos de generacin de presin a generacin de vaco.

  • 4.1.5.3> Compresores axiales

    Se caracterizan, y de aqu su nombre, por tener un flujo axial en forma paralela al eje. El gas pasa axialmente a lo largo del compresor, que a travs de hileras alternadas de paletas, estacionarias y rotativas, comunican cierta velocidad al gas, que despus se transforma en presin. La capacidad mnima de este tipo de compresores, viene a ser del orden de los 15 metros cbicos por segundo, lo que les hace ser muy utilizados en aplicaciones de aire acondicionado y compresin de grandes caudales de aire comprimido.

    Utilizan un tambor de equilibrio para contrarrestar la reaccin o empuje axial. Debido a su pequeo dimetro y para un mismo tipo de trabajo, funcionan a velocidades ms elevadas que los compresores centrfugos. Estas velocidades son superiores en un 25% aproximadamente.

    Se destinan a aquellas aplicaciones en que es preciso disponer de un caudal constante a presiones moderadas.

    Los compresores axiales son ms adecuados para aquellas plantas que precisen grandes y constantes caudales de aire.

    Una aplicacin muy frecuente es el soplado de los altos hornos. Normalmente se utilizan para capacidades alrededor de los 65 metros cbicos por segundo y para presiones efectivas de hasta 14 bar.

    Los turbocompresores axiales funcionan como los ventiladores del mismo tipo, pero normalmente estn construidos de varias etapas. Cada corona de labes fijos juega el papel de difusor para el rotor precedente y de distribuidor para el siguiente. Su constitucin general nos recuerda la turbina a reaccin.

    El porcentaje de compresin por etapa es sensiblemente ms bajo que el correspondiente a un compresor centrfugo.

    La posicin del perfil de los labes es de mxima importancia, siendo caracterstica del caudal y velocidad que necesitamos. No son vlidas para circuitos que producen variaciones en estos condicionantes. Por tanto los compresores axiales slo son indicados para aquellas aplicaciones en que tenemos una velocidad constante y el caudal est bien determinado. No obstante, ciertos compresores axiales estn dotados de un dispositivo de regulacin de la orientacin de los labes, sea con turbocompresor parado, o bien con la mquina en funcionamiento, lo cual permite adaptarlos a las condiciones de utilizacin.

  • El trayecto recorrido por el fluido es mucho ms directo que en el caso de compresores centrfugos, lo que permite una construccin con dimensiones ms reducidas y de menor peso.

    Los compresores axiales se utilizan en el ciclo de las turbinas de gas y de los turborreactores de avin. Su empleo caracterstico es el de turbocompresores no refrigerados, para grandes caudales (300 a 3000 m/min.) y dbiles presiones (2 3 kg/cm efectivos) para la inyeccin de aire en altos hornos. Asimismo, se construyen compresores mixtos, en los cuales las primeras etapas son del tipo axial y las restantes del tipo centrfugo.

    Son muy utilizados en grandes potencias ms de 8000 C.V., sustituyendo en este rango de potencia a los compresores centrfugos

    4.1.6 > PARCIALIZACIN DE POTENCIA DE COMPRESORES

    4.1.6.0> Compresores axiales Existen varias razones para justificar el uso de los controles de capacidad siendo las ms importantes las cuatro siguientes:

    La finalidad primera del control de capacidad en un circuito frigorfico es reducir el c

    energtico en aquellos momentos que sea posible, para ajustar la produccin frigorfica anecesidades trmicas de la instalacin sin que se sacrifique el correcto funcionamiento equipos. Una reduccin en la potencia generada se traduce en una reduccin de la energaconsumida.

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    de los

    Todas las mquinas tienen un mayor consumo y desgaste en el momento de la arrancada que en su funcionamiento continuo, lo que se traduce en una reduccin de su vida til y un consumo desmesurado cuando producimos constantes puestas en marcha.

    Cuando ponemos en marcha un equipo frigorfico tiene un perodo que llamamos de puesta a rgimen, en el tenemos un consumo muy alto y una produccin mnima o nula. Dependiendo del tipo de mquina este perodo puede variar en el tiempo.

    El cumplimiento de las normativas que actualmente obligan a la utilizacin de estos sistemas a partir de ciertas potencias de generacin frigorfica.

    EJEMPLO: Tenemos una mquina frigorfica que produce 30.000 frigoras, para climatizar una oficina con treinta despachos. Por el da funcionan los 30 despachos pero por la tarde solamente se utilizan 15. Si nuestra mquina no tiene control de capacidad lo que ocurrira sera que no funcionara correctamente.

    4.1.6.1> Elementos de consumo En un circuito frigorfico existen pocos elementos que consuman energa, pues en su mayora es un circuito esttico. Dentro de los elementos de consumo el compresor es el elemento que tiene un mayor consumo, suponiendo casi el 90%. Es sobre este elemento sobre el que debemos actuar para modificar el consumo del circuito.

    Siempre es interesante poder variar la potencia frigorfica de nuestra maquinaria y, dependiendo de la forma utilizada para conseguir esta adecuacin entre la demanda trmica y

  • la potencia frigorfica de nuestros equipos, recibir distintos nombres el sistema de parcializacin utilizado.

    La forma de modificar las condiciones de trabajo del compresor y el sistema utilizado para conseguirlo depender de :

    Tipo de compresor

    Elemento motor de accionamiento

    Sistema de distribucin que estemos utilizando

    Gama de valor de regulacin entre los que nos queremos mover

    4.1.6.2> Formas de control de capacidad Podemos tener sistemas de regulacin manual o automtico. Ya es obligatorio el uso de sistemas automticos, quedando los controles manuales en completo desuso. Los controles automticos podemos englobarlos en:

    Continuos:

    Variacin de la velocidad

    Estrangulacin de la aspiracin

    Otros

    Discontinuos:

    Apertura y cierre de vlvulas

    Otros

    Cada tipo de compresor tiene asociado unos sistemas de regulacin de capacidad, siendo los ms frecuentes: En los compresores de desplazamiento:

    Estrangulacin de la aspiracin, mediante una vlvula de apertura variable situada en la aspiracin. Reduce la presin de aspiracin y reduce tambin la cantidad de refrigerante admitida por el compresor. Este tipo de control presenta un inconveniente, que es el incremento de la relacin de presin.

    Control por by-pass. Mediante una vlvula de accionamiento elctrico (electrovlvula) se crea un by-pass entre la cmara aspiracin y la de descarga en uno de los elementos del compresor, permitiendo que los dems funcionen con normalidad. Es uno de los ms utilizados por su sencillez y buen resultado. El consumo elctrico se reduce, pero en pequea medida.

  • Regulacin por pisado de vlvulas. Mediante unas horquillas de accionamiento elctrico (electrovlvula) se mantienen abiertas las vlvulas de aspiracin del compresor consiguiendose un efecto similar al sistema de by-pass.

    Regulacin de velocidad de elemento motor. Mediante un equipo de regulacin se vara la velocidad de motor. Lo ms utilizado es en motores de combustin donde se cambia la aceleracin y en motores elctricos se utilizan variadores de frecuencia pera modificando la frecuencia de la energa elctrica modificndose as la velocidad de giro.

    En los compresores dinmicos son: En este tipo de compresores la capacidad del compresor se puede controlar de las formas que a continuacin se listan:

    Variando la velocidad del eje. Mediante un equipo que vara la velocidad del motor de accionamiento. En la mayora de los casos son variadores de velocidad electrnicos. Por razones de costo, slo se utiliza cuando la unidad de accionamiento es una turbina.

    Estrangulando la aspiracin. Esto es ms barato que el procedimiento anterior, pero no tan eficiente.

    Control con by-pass o por escape. Procedimientos un tanto derrochadores, que slo han de emplearse para el control de caudales reducidos, raramente necesarios. Para la regulacin por by-pass es necesario instalar un refrigerador para enfriar el gas de recirculacin.

    4.1.7 > OTRAS CONSIDERACIONES

    4.1.7.1> Refrigeradores intermedios En algunos circuitos se utiliza la compresin en serie que consiste en aumentar la presin del gas hacindole pasar por un segundo pistn a la salida del primero con lo que conseguimos valores mayores de compresin. Pero el segundo pistn se encuentra con que el gas que viene del primero viene caliente por la propia compresin y el rozamiento, condicin esta que le ha producido un aumento de volumen. Si nosotros a ese gas lo enfriamos antes de entrar en el segundo pistn la cantidad de refrigerante en peso que podr comprimir ser mayor para un mismo volumen de cilindro de compresin

    Este sistema se utiliza adems en las instalaciones de acumulacin de aire comprimido, pues permite acumular ms aire comprimido a alta presin pero a baja temperatura.

    Esto es solamente as en los compresores volumtricos, pues en los dems tipos de compresores es muy difcil el realizarlo o no tiene los mismos beneficios que conseguimos en los compresores de tipo pintn o volumtricos

    El medio al cual ceder el calor en este tipo de refrigeracin es el aire, utilizndose tubos aleteados o pequeas batearas de condensacin formadas por tubos de cobre con aletas de aluminio, por el que el gas pasa enfrindose el gas en el recorrido. El movimiento del aire se puede conseguir mediante ventiladores o por conveccin natural.

    EJEMPLO: tenemos dos compresores con un tamao de pistn idntico de 10 cm de volumen interior

    El compresor A coge el gas caliente, ocupando 1 kg de refrigerante un volumen de 1000 cm. El compresor tendr que bombear 100 veces 10 cm para comprimirlo.

  • El compresor B coge el gas fro, ocupando 1 kg.,de refrigerante un volumen de 500 cm. El compresor tendr que bombear slamente 50 veces 10 cm para comprimir la misma cantidad de refrigerante en peso.

    Con este ejemplo vemos cmo afecta al consumo del compresor los refrigeradores intermedios, pues el compresor B al trabajar la mitad consumir tambin la mitad de energa.

    4.1.7.2> Arranque de compresores En algunos compresores el motor de accionamiento no es lo suficientemente potente como para ponerse en marcha cuando la instalacin est completamente parada, pues el refrigerante que tiene en los pistones se opone a ser comprimido. En esos casos se recurre a la arrancada en vaco, que consiste en no permitir el paso del refrigerante al compresor hasta que ste no lleva un tiempo en funcionamiento. El compresor, al no tener nada que comprimir, su consumo es muchsimo menor, de igual forma que ocurra con los sistemas de parcializacin.

    El arranque en vaco del compresor, debe preverse en aquellos casos en los que el par de arranque de la unidad de accionamiento no sea suficiente como para acelerar al compresor. los circuitos dotados de estos sistemas llevan un sistema de control que hace que una electrovlvula cierre el paso del refrigerante al compresor cuando ste va a parar, dejando as los cilindros de compresin vacos para que despus de un tiempo de parada, el compresor vuelva a arrancar con los pistones vacos. El momento en el cual la vlvula permitir de nuevo la circulacin del refrigerante coincidir en el tiempo con la llegada del compresor a su velocidad de rgimen ( condiciones normales de trabajo ).

    EJEMPLO: arranque sin carga

    Imaginemos que tenemos que empujar un vehculo que est muy cargado, seria prcticamente imposible el moverlo, pero si que seria mucho ms fcil si intentamos empujar el mismo vehculo vaco y cuando ya est en marcha ir cargndolo progresivamente.

    Compresores de diafragma

    Estos son compresores de desplazamiento positivo, exentos de aceites, que utilizan una membrana flexible o diafragma, en lugar de pistn.

    El diafragma puede activarse mecnica o hidrulicamente.

    La de accionamiento mecnico, est unida al eje de accionamiento del compresor y por medio de una biela da movimiento alternativo al diafragma, sujetado entre dos arandelas de soporte.

    La de accionamiento hidrulico tiene un diafragma que se mueve a merced de la accin de una presin hidrulica alternativa, que acta en su parte inferior. La presin hidrulica est generada por una bomba de pistn. El pistn es impulsado por una biela desde la cruceta.

    Los compresores de diafragma son accionados mecnicamente y se fabrican nicamente para pequeas capacidades y presiones moderadas adems como bombas de vaco. Las unidades con accionamiento hidrulico son ms apropiadas para la produccin de altas presiones.

    Compresores de anillo lquido

    Este tipo de compresores son tambin de desplazamiento positivo, exentos de aceite y con una relacin de compresin determinada.

    Consta de un rotor, en el que se montan una serie de labes fijos y una carcasa o cilindro, de tal forma que la cmara entre labes y cilindro vara cclicamente por cada revolucin del rotor.

  • El cilindro est parcialmente lleno de lquido. Durante su funcionamiento, el lquido sale proyectado contra el cilindro, merced a la accin ejercida por los labes.

    La fuerza centrfuga hace que el lquido forme un anillo slido sobre el cilindro, cuya pared interior vara en su distancia desde el rotor, en la misma medida en que lo hace la pared del cilindro. De esta manera, el volumen entre labes vara cclicamente, de forma similar a como ocurra en el compresor de paletas.

    Para evitar el empuje radial, el compresor de anillo lquido se disea frecuentemente con dos espacios de compresin simtricos y opuestos.

    La refrigeracin en estos casos es directa, puesto que a partir del contacto directo entre gas y lquido la temperatura de descarga se puede mantener muy prxima a la aspiracin del lquido. Sin embargo, el gas de descarga est saturado a la temperatura de descarga del lquido de compresin.

    Estas mquinas se utilizan en aquellos procesos que requieren una escasa elevacin de temperatura durante el ciclo de compresin, aproximndose por tanto al proceso de compresin isotrmica. Como lquido se utiliza generalmente agua, an cuando pueden utilizarse otros lquidos para obtener resultados concretos durante el proceso de compresin, tales como absorcin de un constituyente del gas por el lquido, o como medio de proteccin del compresor contra ataques corrosivos de gases o vapores activos. An cuando la compresin se considere en principio como isotrmica existen sin embargo ciertas prdidas, debidas al rozamiento del lquido contra las paredes del cilindro y batidos de los labes. El resultado de todo ello es un consumo especfico de energa mucho mayor que el de los compresores alternativos para su mismo trabajo.

    Compresores soplantes rotativos de dos impulsores ( Compresor de engranajes)

    Estos compresores llamados frecuentemente soplantes Roots son un tipo de mquinas de desplazamiento en las que no hay ni vlvulas ni compresin interna.

    Constan de dos rotores con dos lbulos idnticos y simtricos que giran en direccin opuesta dentro de una carcasa cilndrica. Para la sincronizacin de dichos rotores incorporan un juego de engranajes: la cmara de compresin no va lubricada y normalmente van refrigerados por aire.

    La compresin se produce por contra-flujo de la descarga cada vez que un rotor deja abierta la lumbrera de descarga. Estas mquinas tienen un bajo rendimiento, por lo que se utilizan para bajas relaciones de presin.

    Compresores de pistn tipo laberinto

    Estos son unos tipos especiales de compresores alternativos, de desplazamiento positivo, exentos de aceite y sin segmentos en el pistn.

    El sellado entre pistn y pared del cilindro se logra mediante una serie de laberintos. Las superficies interiores de los cilindros estn estriadas y la de los pistones llevan unas roscas mecanizadas de afiladas crestas. Las empaquetaduras de las bielas son tambin del tipo laberinto, pero en cuanto a las fugas internas son mayores a las que se dan en los diseos que utilizan segmentos, pero en contrapartida no se producen prdidas por rozamiento, ni en stos ni en las empaquetaduras. El aire suministrado est extremadamente exento de contaminacin.

    Los discos de vlvulas concntricos y flotantes, tienen la ventaja de ofrecer baja resistencia al flujo de aire y puede drseles un tratamiento trmico para mejorar su vida de servicio.

  • 4.2> TIPOS DE EXPANSORES

    TIPOS DE EXPANSORES

    Vlvula de expansin

    4.2.0 > INTRODUCCIN

    Son los dispositivos mediante los que se realiza la reduccin de presin isoentlpica ( entalpa constante ) desde la presin de condensacin hasta la de evaporacin. La misin de los elementos de expansin como vimos es la de controlar el paso de refrigerante, determinando dos zonas de presiones bien diferenciadas y creando una separacin entre ambas. Para conseguirlo introduciremos un elemento de expansin que dependiendo del tipo de mquina, inversin econmica y otros factores tendremos que elegir entre los muchos existentes.

    Cada elemento de expansin posee unas caractersticas tanto fsicas como tcnicas que le hacen ms o menos idneo para su montaje en una instalacin. Estas caractersticas son las que nos debern guiar a la hora de instalar un sistema de expansin u otro.

    A continuacin vamos a ver los distintos sistemas existentes que podemos utilizar para la expansin en los circuitos frigorficos, algunos de ellos tienen una extensa aplicacin comercial, otros estn en perodo de eliminacin por haber quedado obsoletos y otros slamente se utilizan a nivel pedaggico en cursos de formacin.

    Los sistemas utilizados son los que se indican a continuacin:

    Vlvula manual

    Tubo capilar

    Restrictor

    Vlvula de flotador

    Vlvula de expansin termosttica

    Vlvula de expansin termosttica con lnea de equilibrio (compensador externo de presin)

    Vlvula electrnica automtica

  • 4.2.1 > VLVULA NORMAL

    Consiste en una llave convencional que nosotros regulamos a mano. Su ajuste es muy difcil, pues el paso de refrigerante que tiene que permitir es nfimo, siendo prcticamente imposible dejar abierto un orificio de menos de medio milmetro sin llegar a cerrar la vlvula por completo. Este sistema solamente se utiliza a nivel didctico en los cursos de refrigeracin, para que los alumnos comprueben la dificultad de ajustar correctamente el paso de refrigerante.

    Este tipo de vlvula suele usarse ms frecuentemente para independizar zonas del circuito frigorfico. Podemos tener maneta para su actuacin o contar simplemente con un cuadradillo. Este tipo de llaves son especficos para refrigeracin y deben montarse siguiendo la flecha indicadora de sentido de circulacin del refrigerante

    4.2.2 > TUBO CAPILAR

    Consiste en un tubo de una seccin muy pequea que produce una prdida de carga muy estable en mquinas de tipo domstico. Su dimetro es inferior al milmetro, pero para que el taponamiento que produzca en la circulacin del refrigerante sea correcta se instalan longitudes de capilar bastante largas, normalmente del orden de varios metros de longitud. Actualmente existen tablas para la seleccin de los capilares, en funcin de la potencia frigorfica que necesitemos o del compresor. Ms adelante os mostraremos cmo se usan estas tablas de seleccin, aunque los valores obtenidos en ellas son referenciales y no definitivos.

    Tubo capilar para expansin

  • Este sistema es el ms utilizado en las maquinarias de tipo domstico, pues aunque no es el mejor porque no se adapta a las variaciones de la demanda trmica de la instalacin, su coste es muy pequeo, lo que justifica su montaje. Los grandes fabricantes de maquinaria frigorfica son los que ms utilizan este sistema, pues disponen de laboratorios para disear a la perfeccin los capilares que se utilizarn. Los pequeos fabricantes suelen optar por no instalar capilares.

    Las caractersticas ms reseables de este sistema son:

    Facilidad de instalacin.

    Bajo coste.

    Fiabilidad, no hay piezas en movimiento.

    Facilidad de arranque del compresor, el capilar permite que entre arrancadas se igualen las presiones entre las dos zonas del circuito de forma rpida.

    4.2.2.1> Arranque de compresores Los equipos dotados de capilar tienden a equilibrar las presiones de alta y baja rpidamente, lo que permite que utilicemos compresores con un bajo par de arranque. Al utilizar compresores con bajo par de arranque conseguimos que el consumo elctrico en las arrancadas sea lo menor posible. El proceso de equilibrado comienza en cuanto paramos el compresor, pues la presin se reparte de forma homognea por todo el circuito. Al existir una acusada diferencia de presiones entre las dos zonas la presin del condensador pasa al evaporador tardando un tiempo en producirse el equilibrio entre las presiones. Este tiempo suele ser de aproximadamente 3 a 5 minutos. Para que nunca se puedan producir arrancadas antes de que finalice este tiempo todos los compresores disponen de un temporizador que impide su arrancada antes de que se produzca el equilibrio entre las presiones y el compresor pueda arrancar sin esfuerzo.

    La razn antes expuesta hace que no sea conveniente que se utilice un recipiente en instalaciones con tubo capilar. Si existieran podran acumular lquido provocando golpes de lquido al compresor. Adems hay que tener cuidado al dimensionar el filtro deshidratador ya que este podra hacer la funcin de depsito.

    Para ajustar las condiciones de trabajo en aquellos equipos que expansionan por capilar la nica forma que tenemos es mediante la cantidad de refrigerante que introducimos al circuito. En la placa de caractersticas del equipo, figura el peso de refrigerante que ha de llevar la instalacin ya que la carga es crtica. La carga exacta para estos equipos es cuando todo el refrigerante est evaporado en el evaporador en el momento en que el compresor est parado.

    Una carga de refrigerante escasa es causa de una temperatura de evaporacin

    demasiada baja, lo que tiene como consecuencia la disminucin del rendimiento frigorfico y por lo tanto el aprovechamiento solamente parcial del evaporador.

    Una carga de refrigerante excesiva es causa de una presin demasiado elevada y conduce a la sobrecarga del compresor pudindole llegar golpes de lquido.

  • 4.2.2.2> Seleccin de tubo capilar La seleccin de capilares es compleja siendo difcil dar con el valor correcto de longitud y seccin. Por tanto hay que hacer varias pruebas con diferentes longitudes.

    Las siguientes tablas nos permiten la seleccin de capilares:

    La primera tabla: en funcin de la potencia frigorfica nos indica la longitud del capilar y dimetro del mismo. Para una misma potencia frigorfica podemos obtener varios capilares dependiendo de las longitudes y secciones que elijamos. Siempre tendemos a utilizar el capilar de mayor seccin de los obtenidos en la tabla para evitar los posibles taponamientos del sistema.

    La segunda tabla: permite realizar correcciones sobre la primera dependiendo del grado de subenfriamiento que queremos dar a nuestro equipo. Para obtener el valor correcto necesitamos saber la temperatura de condensacin y el grado de subenfriamiento que queremos, obteniendo un coeficiente que multiplicado por el valor obtenido en la tabla primera nos indica el valor del capilar corregido para la potencia que deseemos.

    Tabla para la obtencin de la longitud y dimetro de tubo capilar para distintas potencias

    Tabla para la correccin de la longitud anterior en funcin del valor de subenfriamiento y temperatura

    de condensacin

  • Ejemplo de seleccin de capilar para una instalacin mediante tabla 1.- Sabiendo la potencia frigorfica del equipo en el que queremos instalar el capilar colocamos el valor en el eje vertical izquierdo.

    En este caso el valor de potencia que necesitamos es 1000 frigoras/hora. 2.- Nos deslizamos horizontalmente (lnea azul ) para ver con cuantas curvas se cruza nuestra lnea de potencia.

    En este caso corta dos lneas 3.- Las curvas con las que cortamos (lneas naranjas) nos indican los dimetros de los posibles capilares que podemos utilizar para expansionar esa potencia frigorfica.

    En este caso las lneas corresponden a los dimetros 1.2 mm y 1.4mm 4.- Para obtener los valores de longitud correspondientes a cada uno de los dos valores de dimetro obtenido, nos deslizamos verticalmente hacia abajo (lneas roja y verde ) hasta llegar a cortar el eje horizontal ( lnea azul ) 5.- El valor de longitud de cada capilar corresponder con la lectura del valor del eje horizontal.

    En este caso para el capilar de dimetro 1.2mm le corresponde una longitud de 0.6 metros y para el capilar de dimetro 1.4mm le corresponde una longitud de 1.5 metros.

  • Correccin de longitud de tubo capilar en funcin de temperatura de condensacin

    1.- Para que el funcionamiento de capilar sea lo mejor posible debemos aplicar un factor de correccin que depender de la temperatura de condensacin del equipo frigorfico.

    Para obtener este valor lo que hacemos es sumarle entre 5 y 10C a la temperatura ambiental mxima a la que puede llegar a trabajar el equipo frigorfico. La suma de esta temperatura corresponde al aumento de temperatura que debemos tener en el interior del condensador con respecto a la temperatura exterior para que pueda intercambiar fcilmente.

    En este caso hemos establecido una temperatura exterior mxima de 40C ms 5C nos da una temperatura de condensacin de 45C. 2.- Para obtener la correccin desde el valor de temperatura elegido situado en el eje horizontal trazamos una vertical hasta cruzarnos con las lneas azules.

    Las lneas azules corresponden a los distintos valores de grado de subenfriamiento a los que puede trabajar un mismo equipo.

    En este caso hemos decidido que el grado de subenfriamiento que queremos tener es de 5C .

    3.- El punto de interseccin de la lnea correspondiente a la temperatura de condensacin con el grado de subenfriamiento lo trasladamos al eje vertical izquierdo obteniendo un valor de correccin de 0.8

    Resultado final del ejercicio El resultado que obtendramos sera:

    Capilar de dimetro 1.2mm le corresponde una longitud de 0.6m

    Corregido quedara 0.6m* 0.8 = 0.48 metros

    Capilar de dimetro 1.4mm le corresponde una longitud de 1.5 m

    Corregido quedara 1.5m*0.8 = 1.2 metros

  • Ejercicio de repaso de calculo de capilar Realiza los clculos necesarios para obtener el capilar necesario para un equipo frigorfico de 3000 frigoras que queremos que trabaje con un subenfriamiento de 10C.

    4.2.2.3> Corte de tubo capilar Cuando hemos terminado de realizar los clculos del capilar solamente nos resta cortar la longitud obtenida del dimetro correspondiente. Recordemos que el capilar se pone a la venta en rollos de muchos metros, el corte de capilar es necesario realizarlo con especial atencin, pues debido a su mnimo dimetro puede producirse fcilmente su obstruccin si utilizamos medios convencionales de corte. Para realizar correctamente el corte de capilar tenemos dos mtodos vlidos:

    Utilizar una tijera especial para cortar capilares, con lo que nos aseguramos que el corte no afecta a la seccin de paso interior del capilar. Esta tijera corta el capilar de forma similar a un cortatubos.

    Utilizar un alicate de corte o tijera de electricista. Para evitar tener que comprar este tipo de tijera podemos utilizar un alicate o tijera afilado y girndolo alrededor del capilar desgastaramos parcialmente la pared del tubo. Cuando la pared del capilar est parcialmente cortada movemos el tubo para que se parta por la marca realizada con el filo de la herramienta.

    Cuando hemos realizado el corte por cualquier mtodo debemos eliminar restos de viruta posiblemente producida en el corte, de forma semejante al escariado de los tubos. Para ello colocaremos el capilar con la zona que vayamos a limpiar hacia abajo para evitar que las virutas de cobre puedan caer hacia el interior del capilar y posteriormente lo taponen.

    Esquema de montaje de circuito con capilar

  • 4.2.3 > EL RESTRICTOR El restrictor funciona esencialmente de forma similar al capilar, pero ste est formado por una pieza en la que alojamos un orificio calibrado que dependiendo de la potencia frigorfica que necesitemos ser de mayor o menor dimetro. Este sistema permite de una forma sencilla el poder cambiar la seccin de paso del expansor. Se utilizan para sustituir a los capilares, permitiendo con un mismo soporte alojar varios tamaos de orificio hasta conseguir el idneo para una correcta expansin.

    4.2.4 > VLVULA DE FLOTADOR La vlvula de flotador es un sistema de llenado. Se monta nicamente en el interior de los evaporadores inundados para mantener en ellos el nivel de refrigerante dentro de los lmites de funcionamiento. Su funcionamiento es similar al utilizado en las cisternas de los cuartos de bao o al utilizado en las torres evaporativas para compensar las prdidas de agua de la evaporacin.

    Pasar con el ratn por encima del dibujo para ver actuacin por bajo nivel de lquido

    Esquema de montaje vlvulas de flotador

    El funcionamiento es muy sencillo: cuando la bolla est baja abre el paso de refrigerante llenando el nivel hasta que la bolla sube y cierra el paso. Para que la bolla est protegida va

  • encapsulada dentro de un protector. El protector tiene orificios en la parte baja para permitir la salida del refrigerante hacia el evaporador y en la parte alta para igualar la presin de la cpsula de proteccin con la del evaporador. A medida que se evapora el lquido el flotador baja abriendo la entrada del lquido para reponerlo y cuando el refrigerante alcanza el nivel deseado el flotador sube cerrando la entrada de lquido.

    El gas evaporado contina su ciclo hacia el condensador aspirado por el compresor.

    Montaje de la vlvula de flotador en el interior de

    evaporador inundado

    El aire que pasa por las aletas del evaporador quedar fro al haber cedido su energa para que el refrigerante se evapore.

    4.2.5 > VLVULA DE EXPANSIN AUTOMTICA La vlvula de expansin automtica acta para mantener la presin constante en el evaporador. Tiene un tornillo de regulacin a travs del cual indicamos a la vlvula qu presin debe mantener en el evaporador.

    Existen dos tipos de vlvulas de expansin automticas: Vlvula automtica de membrana y Vlvula automtica de fuelle. Las dos son muy similares. Aunque difieren en su construccin su funcionamiento es similar.

    Ejemplo: Si ajustamos el tornillo de regulacin de la vlvula para que mantenga una presin de 3 bar y en el evaporador tenemos menos, el fuelle o membrana tensado por el tornillo obliga a abrir el paso del refrigerante. Cuando este refrigerante entra y cambia de estado en el evaporador hace que la presin suba, cuando sube por encima de 3 bar, que es la tensin que dimos al muelle el fuelle o la membrana al deformarse hacen que la vlvula quede cerrada.

    Tiene bastantes inconvenientes el uso de este tipo de vlvulas. Para entender estos inconvenientes pondremos un ejemplo:

    Si tenemos la cmara a 20C en el evaporador tenemos 8 bar y la vlvula la cerrar.

    Por lo tanto dejar pasar poco refrigerante y tardar horas en conseguir la temperatura.

  • Al contrario, si tenemos la cmara muy fra, porque se ha estropeado el termostato, tenemos menos presin en el evaporador y por lo tanto vence la presin del muelle y entra an ms lquido llegando lquido al compresor.

    Vlvula de expansin automtica

    4.2.6 > VLVULA TERMOSTTICA

    Vlvula de expansin termosttica

    Consiste en una vlvula de cierre automtico en funcin de la temperatura que tenga el refrigerante a la salida del evaporador. Para medir esta temperatura estn dotadas de un bulbo cargado con el mismo refrigerante que utilice el equipo en el que trabaja. La vlvula termosttica se encarga de comparar de forma constante la diferencia entre la presin de entrada y salida del evaporador, actuando para abrir o cerrar dependiendo del valor obtenido de la comparacin. Disponen de un tornillo para que podamos indicarle qu diferencia de

  • presiones queremos que exista entre ambos valores. Este sistema es bueno y fiable, permitiendo que la instalacin cambie sus parmetros de funcionamiento durante el mismo.

    Las vlvulas termostticas son muy utilizadas en cmaras frigorficas, pues las condiciones internas de la cmara varan mucho desde que se pone en funcionamiento por primera vez, momento en el que necesita gran cantidad de refrigerante para poder enfriar la sala, y pasado un largo rato cuando la temperatura de la sala es mnima, la vlvula tiene que interrumpir el paso de refrigerante casi por completo. Esta vlvula bsicamente lo nico que hace es una comparacin entre la temperatura de salida del evaporador ( con su correspondiente valor en presin ) y la presin a la entrada del evaporador obtenindose as la cantidad de refrigerante que ha conseguido cambiar de estado.

    Vlvula de expansin termosttica

    Pasar el ratn por encima para ver los nombres

    Las vlvulas de expansin termostticas estn formadas por diversos rganos internos, siendo especialmente significativos para nosotros los encargados de realizar la regulacin del paso de refrigerante, que son:

    Bulbo: Es un elemento cargado con el mismo refrigerante que hay que controlar. Este bulbo se coloca a la salida del evaporador y ,dependiendo de la temperatura, el refrigerante producir mayor o menor evaporacin en su interior, lo que se traduce en un aumento o disminucin de la presin interna. La presin que ejerce este refrigerante depende de la temperatura al final del evaporador y acta sobre el orificio calibrado de la vlvula. La presin del bulbo es presin de apertura (a ms temperatura mayor apertura).

    Tubo Capilar: Se encarga de transmitir la variaciones de presin desde el bulbo a la membrana amplificadora.

    Membrana amplificadora: Es una fina membrana metlica que est sometida en cada uno de sus lados a una presin. Esta membrana metlica debe establecer una comparacin entre ambas presiones. Si la presin de la parte alta es mayor, la vlvula abrir. Si, por el contrario, la presin de la parte baja de la membrana es mayor la vlvula se cerrar. En la parte superior recibe por el capilar la seal de presin generada por el bulbo que est en contacto con la temperatura del refrigerante a la salida del evaporador y la compara con el valor de presin de su parte inferior, que viene dado por el valor de presin a la entrada del evaporador ms la tensin del muelle de regulacin. La forma de abrir o cerrar es desplazando el punzn alojado dentro del interior del cuerpo de la vlvula.

    Cuerpo de vlvula: Sirve de nexo de unin a todos los elementos. Es un cuerpo robusto normalmente de latn.

  • - Punzn: El punzn se encarga de pinchar el orificio calibrado para permitir la apertura o cierre de refrigerante.

    - Orificio calibrado: Es una pequea vlvula que limita el paso de refrigerante. Su elemento de cierre es una pequea bola que es presionada para producir la apertura en el paso del refrigerante mediante el punzn.

    - Tornillo de recalentamiento, va ajustado de fbrica con 4C (respecto la presin de baja). La presin que ejercemos con el tornillo contrarresta la presin del bulbo.

    Esquema de montaje de circuito con vlvula termosttica

    Ejemplo de funcionamiento: Una vez que se encuentra el refrigerante en el evaporador, va robando calor del medio que tenemos que enfriar y se va evaporando. En el momento en que no llegue lquido al bulbo y lo enfre, la vlvula de expansin cerrar. Cuando el bulbo se ha enfriado y el recalentamiento es de 4C empezamos a cerrar la vlvula, para que el refrigerante se recaliente ms. Una vez que est cerrada la vlvula aumenta el recalentamiento hasta 8C y por lo tanto al calentarse ms vuelve a subir el bulbo su presin abrindose la vlvula.

  • Ejemplo de funcionamiento correcto de la vlvula termosttica Este tipo de vlvulas no son recomendables para evaporadores en los que exista grandes prdidas de presin.

    Ejemplo de funcionamiento incorrecto de la vlvula termosttica

  • 4.2.7 > VLVULA TERMOSTTICA CON LNEA DE EQUILIBRIO

    Vlvula de expansin termosttica

    Vlvula termosttica con lnea de equilibrio o vlvulas de expansin termostticas con compensacin externa: Consiste en una vlvula como la anterior, pero se le ha aadido un tubo de referencia de presin que toma los valores de presin que tenemos a la salida del evaporador haciendo que la seal de exceso de presin a la salida del evaporador sea ms rpida que la utilizada por sistema termosttico. Este sistema requiere un tubo de cobre que, pinchado a la salida del evaporador lleve la seal hasta la vlvula de expansin.

    Esquema de montaje de circuito con vlvula termosttica con lnea de equilibrio

    Cuando las prdidas de carga en el evaporador son considerables se emplean vlvulas de expansin de compensacin externa.

    stas, a diferencia de las anteriores, toman la presin de baja al final del evaporador justo detrs del bulbo. De esta manera aunque existan prdidas de carga, la presin de baja es ms exacta.

  • Con una vlvula de compensacin externa la presin que existe despus de la vlvula ya no es importante, pues el valor que cogemos es el que existe despus del bulbo que es la presin de aspiracin del compresor.

    Por ejemplo, si tenemos prdidas de presin la presin de baja es de 0,6 bar pero al principio tengo 1,1 bar

    La presin de cierre sera 1,1 + 0,5 (tornillo) = 1,6 bar, por lo tanto el bulbo debe estar a ms de 18C para que la vlvula empiece a regar.

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

    Esquema interno de funcionamiento

    Ejemplo de funcionamiento de la vlvula con lnea de equilibrio Cada vez que efectuamos labores de regulacin en este tipo de vlvulas de expansin debemos esperar un tiempo para que el circuito vuelva a estabilizarse en las nuevas condiciones. El tiempo mnimo sera de unos 10 a 15 minutos. La regulacin la efectuaremos sobre el tornillo que tiene a tal efecto la vlvula de expansin

  • Las vlvulas de tipo industrial en vez de tener un

    tornillo para su regulacin tienen un vstago que tiene la misma finalidad

    4.2.8 > VLVULA ELECTRNICA AUTOMTICA Consiste en un vlvula cuya apertura o cierre es realizado por un motor paso a paso, que permite infinitas posiciones intermedias entre puntos consiguiendo un posicionamiento de apertura muy exacto. Este tipo de motores necesita para actuar recibir una seal de una centralita de control que se encarga de hacer constantes mediciones de la temperatura del refrigerante a la salida del evaporador. Dependiendo de la temperatura medida por la centralita de control enva una seal de posicionamiento al motor de la vlvula electrnica de expansin.

    Est formado por una vlvula solenoide conectada a un microprocesador, el cual lleva un programa y dos sondas, una conectada al principio y otra al final del evaporador. Podemos trabajar con mucha precisin hasta con 1C de recalentamiento.

    4.2.9 > INFORMACIN GENRICA DE VLVULAS Normas para la colocacin del bulbo:

    Debe estar bien sujeto al tubo, no debe ir con cinta aislante o tiras de plstico. Se debe colocar con la presilla metlica que suele suministrar el fabricante.

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

    El bulbo tiene una hendidura que es la que se aloja sobre el tubo.

    No colocar el bulbo en la parte baja del tubo, ya que por esa parte es por donde circula el aceite que hace de capa aislante. Se debe colocar entre las 2 y las 4 si tomamos como referencia la posicin de las agujas del reloj.

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

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

    El tubo de compensacin exterior debe estar entre 10 o 15 cm despus del bulbo.

    Indicacin de posicin correcta de colocacin del bulbo. Las de la parte baja, aunque correctas en la

    posicin, no se utilizan porque el aceite puede hacer la funcin de aislante

    Distribuidores:

    Si dividimos un evaporador en varias secciones conseguimos un mayor rendimiento, ya que reducimos las prdidas de carga y se mantiene una temperatura de salida del evaporador ms uniforme. Para ello se utilizan distribuidores que reparten el refrigerante de forma uniforme por los distintos circuitos que componen el evaporador.

    La distancia entre la vlvula de expansin y el distribuidor ha de ser mnima. Tambin a la salida, la longitud de los tubos que alimentan a cada tramo de evaporador ha de ser mnima y adems han de tener todos la misma longitud, as evitamos que un tramo est mejor regado que otro.

    La prdida de presin que ejerce este distribuidor es de kilo y funciona en cualquier posicin.

  • Ejemplo de repartidos para evaporador con cuatro

    tramos independientes

    4.3> TIPOS DE EVAPORADORES

    4.3.0 > INFORMACIN GENRICA DE VLVULAS Los evaporadores son la parte del equipo frigorfico que se encargan de extraer toda la energa al local o al medio que queremos refrigerar. En el evaporador se produce el intercambio trmico entre el refrigerante y el medio que vamos a enfriar. Dentro de los evaporadores se pueden establecer varias categoras, dependiendo de dos factores principales: el fluido que refrigeraremos (con el que entra en contacto el evaporador) y el tipo de evaporacin que se produce en su interior. A lo largo de este mdulo podremos entender sus diferenciaa y similitudes. 4.3.1 > EVAPORADORES APLICADOS A SISTEMAS DE AIRE Los evaporadores de aire suelen fabricarse de materiales que sean muy buenos conductores para facilitar el intercambio trmico entre el interior del evaporador y el ambiente exterior. El material ms utilizado es el cobre para las conducciones del refrigerante y el aluminio para las aletas. stas se encargan de multiplicar la superficie de contacto entre los dos elementos que vamos a intercambiar (refrigerante y aire). Los evaporadores de aire enfran directamente el aire de los locales que queremos climatizar y es con diferencia el sistema ms utilizado actualmente.

    Dentro de los evaporadores y atendiendo a cmo producen el movimiento del aire con el que estn en contacto podemos distinguir dos tipos diferentes de evaporadores, que son:

  • Estticos: Carecen de elemento que fuercen el paso del aire, consiguiendo el intercambio por conveccin natural. Este sistema es lento y conseguimos intercambios muy pequeos. Su utilizacin es casi exclusiva para pequeas neveras domsticas y cmaras frigorficas. Para mejorar en algo el intercambio en los evaporadores (los tubos por los que circula el refrigerante) se aletea y as se consigue una mayor superficie de intercambio. La mayor parte de los fabricantes de evaporadores para nevera usan directamente planchas de aluminio con pequeos canales por los que circula el refrigerante evitando tener que utilizar tubos aleteados.

    Evaporador esttico

    para nevera domestica

    Evaporador esttico para cmara frigorfica

    Los evaporadores estticos llegan a conseguir bajar la temperatura de igual forma, pero el tiempo empleado en ello es mucho mayor que los sistemas que mueven el aire mediante ventiladores.

    Tiro forzado: Estos evaporadores disponen de ventiladores que inducen la circulacin del aire. La caracterstica fsica que ms diferencia los evaporadores de los condensadores es la separacin mnima entre las aletas de las bateras de los evaporadores, que es posible gracias a que los evaporadores siempre se encuentran en ambientes ms limpios y que la mayora de las bateras evaporadoras estn protegidas mediante filtros que impiden que la suciedad llegue a ensuciarlos taponando el paso de aire. Al ser mnima la separacin entre aletas lo que conseguimos son equipos de pequeo tamao fsico pero con gran potencia frigorfica, pues la superficie de intercambio es muy grande debido a las aletas de los tubos que lo forman.

    La parte ms importante de estos equipos es el ventilador, pues se encarga del movimiento del aire a travs de la batera. Podemos encontrar dos tipos de ventiladores para esta aplicacin que son:

    Ventilador axial: Son capaces de mover grandes caudales de aire, pero generan muy poca presin. Suelen ser algo ruidosos, por ello son los ms utilizados en las cmaras frigorficas o equipos industriales.

    Ventilador centrfugo: Son capaces de generar mucha presin, pero mueven caudales de aire relativamente menores en relacin a los axiales. Son los ms silenciosos, razn por la que son los ms utilizados en los evaporadores domsticos.

  • Evaporador de tiro forzado

    Forma tpica de ventilador axial y centrfugo

    respectivamente 4.3.2 > INFLUENCIA DE NMERO DE LNEAS

    La efectividad del evaporador se ve influenciada por el nmero de tuberas que forman la batera. Cuanto mayor es el nmero de tubos, mayor es el salto trmico que conseguimos al atravesar la batera. Si el evaporador constara solamente de una fila de tubos para conseguir la misma temperatura necesitaramos ms superficie, pero obtendramos mejor rendimiento.

    En evaporadores estticos no es recomendable poner ms de dos filas de tubos, pues el aire circulara con dificultad. Cuando por necesidades constructivas tengamos que poner ms lneas de tubos tendremos que montar un ventilador mayor para que el aire circule por todos los tubos que forman el evaporador de forma homognea. (a ms tubos mayor velocidad de aire debemos conseguir).

    Esquema de cambio trmico con una o dos lneas de tubos.

    EJEMPLO: Cuando hacemos circular el aire a travs del evaporador el proceso que se produce es el siguiente:

    - El aire al entrar en el evaporador entra en contacto con la primera lnea de tubos que lo forman. - El refrigerante situado en el interior de la tubera le roba energa a sta quedando la tubera ms fra.

  • - Al encontrarse la tubera mucho ms fra que el aire ambiente, se produce un buen intercambio de energa. entre ellos. - En la primera lnea de tubos conseguimos bajar la temperatura para un equipo de aire acondicionado hasta los 10C. - El aire es forzado por el ventilador a pasar por la segunda lnea de tubos. En esta lnea la bajada de temperatura es menor, pues no existe tanta diferencia de temperatura bajando de los 10C hasta los 5C aproximadamente.

    4.3.3 > EVAPORADORES EN SISTEMAS DE AGUA FRA

    Aunque durante la mayor parte del curso hacemos referencia a que el evaporador se encuentra en contacto con el aire que es el medio que queremos refrigerar, esto no tiene por qu ser siempre as, pues en muchas ocasiones los equipos frigorficos no se utilizan para producir aire fro. A veces se utiliza para refrigerar otras sustancias, generalmente agua, que despus del aire es el elemento que ms comnmente se refrigera. Para producir el intercambio de energa entre el evaporador y el fluido que queremos enfriar necesitaremos montar un equipo especfico denominado intercambiador, que permite el intercambio trmico entre el refrigerante y el fluido que queremos refrigerar. Ms adelante iremos viendo los distintos tipos de intercambiadores que existen y sus caractersticas, por ahora es suficiente con saber que existen y que el agua as enfriada puede tener dos fines:

    Uso directo del agua enfriada para un uso domstico o industrial. Un ejemplo muy comn lo tenemos en las fuentes de agua fra para beber que se montan en oficinas, en las que aseguramos que el agua siempre estar fra., incluso en el verano o mquinas que necesitan agua fra para funcionar como enfriadores de refrescos o cerveza.

    Distintos modelos de fuentes de uso directo de agua enfriada

    Las fuentes de agua fra constan de un circuito frigorfico cuyo evaporador se encarga directamente de enfriar el agua que bebemos cuando hacemos uso de ella.

  • Utilizacin del agua como medio caloportador. El otro uso que podemos tener para esta agua enfriada se produce cuando en algunas ocasiones necesitamos refrigerar zonas muy amplias, las cuales se encuentran alejadas entre ellas. Este hecho imposibilita que estas zonas puedan compartir un caudal de aire enfriado comn. En estos casos es ms fcil y sencillo que la produccin del fro sea en el mismo sitio, es decir, que haya una produccin de agua fra centralizada enviando posteriormente el agua enfriada a los puntos que queremos refrigerar. Esto se puede hacer fcilmente, dado que las canalizaciones de agua son baratas y las fugas son fcilmente detectables. Adems el agua es un buen elemento para el transporte de energa. En los puntos finales de consumo debemos instalar equipos especficos para el intercambio de energa entre el agua que enviamos fra y el aire ambiente que se encuentra caliente. Los elementos para producir este intercambio secundario son los fancoil, que consisten en una sencilla batera de intercambio en la que por un lado circula el agua fra y por el otro lado hacemos circular aire mediante un ventilador que fuerza el paso del aire a travs de la batera fra. En estos equipos las aportaciones trmicas se controlan mediante la apertura o cierre del paso de agua a la batera del fancoil por medio de una vlvula elctrica, que puede ser comandada por un termostato colocado en el propio equipo o en el ambiente del local.

    Fancoil montado con carcasa protectora

    Fancoil sin carcasa:

    permite ver los tubos de entrada y

    salida de agua y la vlvula de

    control

    Detalle de la vlvula que abre o cierra el paso de agua a la batera del fancoil

    Mandos de control del fancoil y control de

    temperatura integrado en el fancoil

  • 4.3.4 > TIPOS DE EVAPORADORES DE AGUA Para poder lograr el intercambio trmico desde el refrigerante del evaporador al fluido que queremos enfriar, tenemos que utilizar intercambiadores especficos para lquidos. Existen gran cantidad de modelos, los ms comunes y sus caractersticas son las siguientes:

    Intercambiador por inmersin, consiste en sumergir el evaporador en un recipiente con agua. Una vez que el agua est fra. podemos utilizarla de dos formas: Una forma de aprovechamiento consiste en enviar el agua fra mediante una bomba circuladora a los puntos de consumo donde un fancoil se encargara de intercambiarlo con el aire ambiente para enfriarlo y cuando el agua se caliente se devuelve nuevamente al evaporador mediante este intercambio, para que se vuelva a enfriar de nuevo.

    Otra forma de aprovechamiento consiste en introducir un segundo serpentn de pequeo tamao en el agua enfriada, haciendo pasar por el segundo serpentn el fluido que queremos consumir refrigerado. Este sistema es el utilizado en los enfriadores de cerveza o refrescos, etc.

    Ejemplo de evaporador de inmersin de fabricacin casera.

    Utilizando nicamente una garrafa y unas vueltas de cobre recocido podemos fabricar un sencillo evaporador de inmersin

    Intercambiadores de doble tubo. En este caso para que exista transferencia entre los dos fluidos se introduce el tubo del evaporador por el interior del tubo por el que circula el lquido que queremos refrigerar. El refrigerante se evapora en el tubo interior robando energa.

  • Al fluido que circula por el tubo exterior. En este caso al no existir un depsito de lquido que tengamos que enfriar, conseguimos producir enfriamiento de forma muy rpida, pero al tener una superficie de intercambio muy pequea son necesarios intercambiadores grandes para pequeos caudales. Su utilizacin est extendida en equipos de pequea potencia.

    Intercambiador de placas. Consisten en una serie de placas de chapa con las que se forma un circuito de tal forma que por un lado de la placa circula el lquido que tenemos que enfriar y por el otro lado circula el refrigerante. Las placas suelen ser de acero y la formacin de las cmaras entre ellas se consigue mediante gruesas juntas de goma que adems hacen imposible la prdida o intercambio de cualquiera de los dos fluidos. Al ser toda la superficie de la placa zona de intercambio conseguimos una enorme capacidad de intercambio para tamaos de intercambiador relativamente pequeos. Este tipo de intercambiadores solamente tiene un problema que es su elevado coste, pero son los nicos que nos permiten ampliar su potencia si fuera necesario debido al sistema de montaje en corredera que permite que con posterioridad se le puedan aadir ms placas de intercambio.

    Intercambiador totalmente montado

    Intercambiador completamente abierto con indicacin de cmo

    circulara el fluido Detalle constructivo y de

    montaje de las placas entre s.

  • Intercambiador multi-tubular. Este tipo de intercambiadores consisten en dos grupos de tubos que se introducen dentro de un cilindro. Por el grupo de tubos se hace circular el