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Descripción y clasificación de máquinas enfriadoras

2. Descripción y clasificación de máquinas enfriadoras

2.1 Descripción

El objetivo principal de una instalación de climatización es la obtención de un flujo de

aire a las condiciones de confort adecuadas para combatir las cargas de calor del espacio que

se desea acondicionar.

Los sistemas de agua enfriada se utilizan en la actualidad especialmente para grandes

instalaciones de aire acondicionado, dada las ventajas que ofrecen en cuanto a distribución y

centralización. Son los llamados sistemas de expansión indirecta, ya que en ellos el evaporador

no está en contacto directo con el producto a enfriar, sino que el agua es enfriada en

transferencia térmica con un refrigerante, siendo empleada como refrigerante secundario y

posteriormente distribuida para el acondicionamiento del aire hasta el lugar donde se produce

la demanda.

En los sistemas de agua enfriada circulante la temperatura del agua va bajando a medida que

pasa por la sección del evaporador de la máquina. Luego, se hace circular por todo el edificio

donde recolecta el calor. La temperatura típica para un sistema de agua enfriada circulante es

de 7º C para el agua que se envía al edificio y de 12º C para el agua que retorna del edificio. El

calor del edificio aumenta la temperatura del agua que retorna al enfriador, donde se elimina el

calor y se vuelve a hacer circular el agua.

Según la UNE-EN 14511-1 (Mayo 2004), una enfriadora de líquido es un “Aparato montado en

fábrica concebido para la refrigeración de líquido utilizando un evaporador, un compresor de

refrigerante, un condensador integrado o externo y los controles adecuados. Puede además

tener dispositivos para calentar que pueden ser por inversión de ciclo de refrigerante como en

la bomba de calor”.

Las enfriadoras de agua se basan en el ciclo frigorífico de compresión mecánica para la

obtención del efecto frigorífico, fundamentado en el ciclo inverso de Carnot (máquina frigorífica

ideal) cuyos componentes básicos son un compresor, un evaporador, un condensador y un

sistema de expansión. El corazón del sistema de refrigeración por compresión mecánica es el

compresor.

El principio básico que rige el funcionamiento de las enfriadoras de agua es la absorción de

calor por parte de un líquido para realizar el cambio de estado a vapor, enfriando un medio

externo.

El refrigerante vaporizado, está dentro de un circuito cerrado y es recuperado para que se

produzca cíclicamente el cambio de estado para una producción de frío continua.

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La evaporación del refrigerante se produce a baja presión en el evaporador. Para poder ser de

nuevo evaporado, debe pasar antes por estado líquido.

Mediante un aporte externo de energía, se eleva la temperatura del gas a su paso por el

compresor mediante una compresión isentrópica desde vapor saturado a la presión de

evaporación hasta la presión de condensación.

En el condensador se pasa de nuevo al estado líquido mediante la cesión de calor a presión

constante un medio externo (enfriamiento sensible + condensación).

Por último una válvula de expansión baja la presión del refrigerante mediante una expansión

adiabática e irreversible (isentálpica) desde líquido saturado y lo lleva a las condiciones de

entrada del evaporador para un nuevo cambio de estado.

Compresor

Condensador

Válvula de expansión

Evaporador

23

14

Figura 2.1.1 Componentes del Ciclo frigorífico de compresión mecánica.

En realidad los procesos no ocurren como los descritos anteriormente, ya que las máquinas

térmicas poseen distintas limitaciones, como pueden ser las pérdidas de carga a lo largo del

circuito, la irreversibilidad de la expansión, la imposibilidad de realizar la compresión de manera

isentrópica o las diferencias de temperaturas en los intercambios. A parte de estos, existen

otros fenómenos como el recalentamiento del vapor a la salida del evaporador y el

subenfriamiento del líquido a la salida del condensador, que hacen que el ciclo adopte un

comportamiento más real.

A continuación se definen algunos los parámetros fundamentales que caracterizan los balances

energéticos en estos equipos y que evalúan sus rendimientos energéticos:

Potencia frigorífica Total o Capacidad Frigorífica, Qf (kW)

Calor extraído del medio de transferencia de calor por el equipo por unidad de tiempo.

Potencia de compresión, Pc(kW)

La potencia de compresión es la potencia necesaria para mover el compresor. Esta potencia es

la potencia eléctrica absorbida total por todos los componentes del aparato.

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Volumen de gas, vr (m3/s)

Es el volumen de gas teórico que circula a la entrada del compresor por unidad de tiempo y

depende de la cantidad de frío que suministra la instalación y de las condiciones de operación.

COP (Coefficient of Performance) teórico según el ciclo de Carnot

Partiendo de la base de que el objetivo de la instalación frigorífica es absorber una cantidad

determinada de calor del foco frío Q1, mediante la aplicación de una cierta cantidad de trabajo,

de tal forma que se desprenda en el foco caliente una cantidad de calor Q2>Q1 y que el ciclo es

reversible pudiendo, por tanto, ser recorrido en ambos sentidos, entendiendo que el camino se

recorre en camino inverso.

12

1

QQQCOP−

= (2.1.1)

COP real, EER o Eficacia del ciclo (coeficiente de funcionamiento real)

Cociente entre la Potencia Frigorífica Total y el trabajo de compresión realmente realizado para

ello.

c

f

PQ

COP = (2.1.2)

2.2 Clasificación

La obtención de aire frío se consigue gracias a un proceso de transferencia térmica. El

aire es enfriado mediante el intercambio con un medio más frío y posteriormente distribuido a

aquellos puntos donde se produce la demanda de frío.

Existen dos tipos fundamentales de equipos de climatización empleados con este fin:

− Unidades de expansión directa o equipos autónomos: Son aquellas en los que la

transferencia térmica se lleva a cabo entre un fluido refrigerante a baja temperatura y el aire a

enfriar. El evaporador o el condensador del sistema de refrigeración está en contacto directo

con el medio a enfriar o calentar.

− Unidades de expansión indirecta o equipos centralizados: El evaporador o el condensador

del sistema de refrigeración enfría o calienta un fluido secundario que se hace circular para

enfriar o calentar al medio. En general, el equipo productor de frío estará situado en un local

distinto al de utilización.

A esta tipología pertenecen las enfriadoras de agua. Se emplea el agua como refrigerante

secundario y ésta es enfriada en la transferencia térmica con un refrigerante. Posteriormente

esta agua es distribuida para el acondicionamiento de aire.

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Las enfriadoras de líquido se clasifican de modo que se indica primero el medio de

transferencia de calor para el intercambiador de calor (según la UNE-EN 14511-1) resultando la

tabla siguiente:

Medio de transferencia de calor

Intercambiador exterior Intercambiador interior

Aire Agua Bomba de calor aire/agua o

enfriadora de líquido condensada por aire

Agua Agua Bomba de calor agua/agua o

enfriadora de líquido condensada por agua

Salmuera Agua Bomba de calor salmuera/agua o enfriadora de líquido condensada

por salmuera

Tabla 2.2.1. Clasificación de enfriadoras en función del medio de transferencia.

Destacando los dos los grupos siguientes:

− Enfriadoras de agua condensadas por agua: Se benefician del calor específico del agua y

su calor latente de vaporización. Requieren una red de suministro de agua.

− Enfriadoras de agua condensadas por aire: El aire está disponible a coste cero. Sin

embargo, su bajo calor específico obliga a mover grandes cantidades del mismo para un buen

intercambio térmico y se hace necesario el uso de ventiladores.

A pesar de que la forma más común de clasificar las enfriadoras de agua es según el medio

que se utilice para el intercambio de calor con el refrigerante en el condensador, es decir, en

enfriadoras de agua condensadas por agua o por aire, existen sin embargo, varios criterios en

función de los cuales se pueden clasificar estas máquinas, especialmente, dependiendo de la

tipología de sus componentes básicos.

Nosotros vamos a realizar una clasificación más exhaustiva en función de las siguientes

características:

− Fluidos Refrigerantes

− Tipo y número de compresores

− Tipo de condensador

− Tipo de evaporador

− Número de circuitos frigoríficos

− Reversibilidad

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2.2.1 Fluidos Refrigerantes

La industria de la refrigeración está viviendo los últimos años su mayor cambio con la

sustitución de los refrigerantes clorofluocarbonos (CFC), que llevaban empleándose

mayoritariamente desde que, en 1928 Thomas Midgley sintetizó el R-12 (Cl2F2C).

Desde finales del siglo XIX, en los inicios de la industria de producción de frío, se habían

empleado distintos refrigerantes (ClCH3, SO2, NH3) con problemas de toxicidad e

inflamabilidad inadmisibles, que hacían necesario que se encontraran nuevos refrigerantes

para la expansión de la industria frigorífica limitada exclusivamente a aplicaciones industriales.

Con la aparición de los llamados Freones (CFC, HFC y HCFC), consideradas sustancias

inofensivas y extremadamente estables, con buenas propiedades termodinámicas y que no

eran tóxicos ni inflamables, se extendió tanto su empleo, que en 1970 el consumo anual de

CFC y HCFC era de 1 millón de toneladas.

Sin embargo, en 1974, los investigadores Rowland y Molina, cambian el rumbo en la historia de

la refrigeración cuando descubren el efecto destructor del Cl y el Br sobre la capa de ozono

desembocando finalmente en compromisos a nivel internacional para eliminar gradualmente

los refrigerantes que dañan la capa de ozono ( Protocolo de Montreal en 1987 y Protocolo de

Kyoto en 1997) con la consecuente prohibición del uso de los CFC (R-12) desde 1996 y la

reducción progresiva de los HCFC (R-22) y futura prohibición total en 2010 en la UE.

En una máquina de refrigeración, el enfriamiento se obtiene usualmente por vaporización del

fluido frigorígeno cuya definición según el Reglamento de Seguridad para Plantas e

Instalaciones Frigoríficas es: “Fluido utilizado en la transmisión del calor que, en un sistema

frigorífico, absorbe calor a bajas temperaturas y presión, cediéndolo a temperatura y presión

más elevadas. Este proceso tiene lugar, generalmente, con cambios de estado del fluido”.

Los fluidos refrigerantes pueden ser divididos en dos grupos: “Fluidos firgorígenos”, aquellos

que evolucionan internamente en las máquinas de producción de frío para producir el efecto

frigorífico y “fluidos frigoríferos” o refrigerantes secundarios, que son fluidos caloportadores

entre el medio a enfriar y el fluido frigorígeno.

Aunque, comúnmente, el término refrigerante se emplea para designar, en general, a los

fluidos que por sus propiedades físicas resultan adecuados para absorber y extraer calor,

nosotros, en lo que sigue, al hablar de refrigerante, nos referimos a fluidos frigorígenos,

distinguiendo los Primarios (cuando producen el enfriamiento por evaporación) y Secundarios

(cuando transportan el calor desde el producto a enfriar hasta el refrigerante primario), como

por ejemplo, agua, salmueras y glicoles, que al encontrarse siempre en estado líquido precisan

un trabajo de bombeo muy bajo para transportarlos.

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Acción sobre el Medio Ambiente:

Los refrigerantes pueden ejercer efectos perjudiciales sobre el medio ambiente mediante su

acción sobre la capa de ozono y por su incidencia sobre el efecto invernadero.

Varios estudios demostraron que los refrigerantes que contienen cloro o bromo en su molécula

son poco estables ante la radiación solar, produciéndose una reacción fotoquímica que da

lugar a la liberación de átomos de cloro, los cuales colisionan con los átomos de ozono

destruyéndolo.

El primer criterio que debe cumplir un fluido frigorígeno es el de poseer un potencial de

agotamiento del ozono estratosférico nulo.

Para comparar la destrucción de ozono relativa que provocan los distintos refrigerantes se

emplea el índice ODP (Ozone Depletion Potencial) que se define como la tasa de destrucción

de ozono de un refrigerante halogenado respecto a la que produce el R-11, al cual se le asignó

el valor ODP=1.

El segundo criterio se refiere al efecto invernadero: la radiación solar se convierte en calor al

contactar con la tierra. Parte de este calor es remitido hacia el espacio bajo la forma de

radiación infrarroja. Ciertos gases no dejan pasar estas radiaciones y se quedan atrapadas,

produciendo el llamado efecto invernadero. Si los gases de efecto invernadero se encuentran

en gran cantidad en la estratosfera, se producirá un aumento de la temperatura media del

planeta. Los fluidos refrigerantes, entre otros, son responsables de este efecto.

Se definen el factor GWP (Global Warming Potential): “Nº de kg de CO2 que deben ser

lanzados a la atmósfera para provocar el mismo efecto invernadero que 1kg de la sustancia

objeto”, que depende del periodo debido a que algunas sustancias se descomponen

(usualmente a los 100 años) y el HGWP (Halocarbon Global Warming Potential): Mide el GWP

relativo de los refrigerantes halocarbonados respecto al del R-11.

Así mismo también se emplea el índice TWEI (Total Equivalent Warming Potencial) para medir

el efecto directo de un refrigerante halogenado sobre el efecto invernadero y el calentamiento

global por las emanaciones de los refrigerantes a la atmósfera, así como consecuencia del

consumo energético necesario para el funcionamiento de la instalación.

BaGWPTEWI ⋅+= (2.2.1.1)

Siendo:

a: Coeficiente de paso a CO2 (kg de CO2/kWh): Depende de la producción y distribución

eléctrica nacional.

b: Consumo de energía eléctrica asociado a 1kg de refrigerante, es función del COP del

refrigerante.

La clasificación de refrigerantes se puede hacer en función de varios criterios:

En función de su composición química:

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• Compuestos inorgánicos: Incluye los compuestos refrigerantes empleados antes de 1931,

como R-717 (Amoniaco), R-718 (Agua) y R-744 (Dióxido de Carbono). No producen

destrucción de la capa de ozono. El amoniaco, debido a sus problemas de toxicidad e

inflamabilidad, solamente se emplea en aplicaciones industriales y el R-744 posee un punto

triple muy bajo. La designación de ASHRAE de estos componentes es: R-7+ Peso Molecular.

• Compuestos orgánicos: Hidrocarburos y derivados oxigenados, nitrogenados o

halogenados.

• Hidrocarburos: Problemas de inflamabilidad y toxicidad. Ejemplos: Etano, Propano, Butano.

• Refrigerantes halogenados: Proceden de hidrocarburos saturados o insaturados con

sustitución de átomos de carbono por halógenos (Cl, Br, F, I). Se denominan según el Standard

34-1992 de ASHRAE mediante R - X Y Z, donde X es el número de átomos de carbono menos

1, Y es el número de átomos de hidrógeno más 1 y Z es el número de átomos de fluor.

• CFC (Clorofluorcarbonados): Se denominan según el Standard 34-1992 de ASHRAE

mediante R - X Y Z, donde X es el número de átomos de carbono menos 1, Y es el número de

átomos de hidrógeno más 1 y Z es el número de átomos de fluor. Tienen una vida en la

atmósfera de siglos y causan una importante destrucción de la capa de ozono (ODP de 0.6 a 1)

Ejemplos son el R-11(muy usado en equipos centrífugos) y el R-12 (pequeños y medianos

sistemas de compresión de vapor)

• HCFC (Hidroclorofluorcarbonos): Tienen una permanencia en la atmósfera de décadas y

causan menor destrucción del ozono que los CFCs (ODP de 0.02 a 1). Ejemplos son el R-123,

R-124 y el R-22, todavía hoy ampliamente empleado en todo tipo de sistemas de refrigeración

por compresión de vapor.

• HFC (Hidroflurocarbonos): Actualmente son los refrigerantes alternativos diseñados para

sustituir a los anteriores y su interés radica en que al no contener cloro, no dañan la capa de

ozono (ODP=0). Ejemplos son el R-134a y el R-407C.

• BFC: Contienen bromo, flúor y carbono. Son altamente perjudiciales para la capa de ozono

(ODP=10). Como ejemplo, el R-13B1 que se empleaba para sistemas de compresión de vapor

a muy baja temperatura.

Refrigerantes puros y mezclas:

• Refrigerantes puros: Fluidos refrigerantes formados por un componente con un único tipo

de molécula. Para una presión dada, la temperatura permanece constante durante un cambio

de estado. Entre estos refrigerantes podemos citar al R-134a, R-123, R-22, Amoniaco, Agua,

etc.

• Mezclas: Una mezcla posee más de un componente y/o tipo de molécula. Sus

componentes se seleccionan para crear un producto final con unas características específicas,

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tales como capacidad frigorífica, eficiencia, temperatura de descarga, etc. que variarán

dependiendo del porcentaje de sus componentes.

En función del tipo de mezcla que forman:

− Mezclas Azeotrópicas: Son mezclas de dos o más refrigerantes halogenados puros. Que

funcionan como una sustancia pura: no cambian la temperatura durante el cambio de fase a

presión constante (para una presión y temperatura dada muestran la misma composición tanto

en fase líquida como en fase vapor). Ejemplos R-502, R507.

− Mezclas Zeotrópicas: Son mezclas de dos o más refrigerantes halogenados puros.

Durante el cambio de fase las proporciones de las sustancias en el gas y el líquido son

variables en el proceso de evaporación a presión constante la temperatura aumenta, por lo que

la temperatura de entrada y salida del evaporador y condensador son distintas, a esa diferencia

de temperatura se le llama “glide” o deslizamiento. Ejemplos: R-407C, R-410A. En las mezclas

zeotrópicas, las líneas de temperatura constante no son horizontales en la zona de líquido

vapor sino que poseen cierta inclinación.

Figura 2.2.1.1. Diagrama Temperatura-Concentración (T-x) para mezclas

zeotrópicas.

Tem

pera

tura

(a P

cte

)

Los puntos de burbuja y de rocío son utilizados para describir el comportamiento de las

mezclas zeotrópicas en el evaporador y condensador de un sistema:

− El punto de Burbuja (Temperatura de saturación del líquido) es la temperatura a la cual una

mezcla zeotrópica, (a presión constante) comienza a evaporarse, es decir, la primera burbuja

de vapor aparece en el líquido. Es equivalente al punto de ebullición en refrigerantes de un solo

componente.

− El punto de Rocío (Temperatura de saturación del vapor) es la temperatura a la cual la

mezcla zeotrópica (a presión constante) comienza a condensar. Corresponde a la temperatura

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de condensación de refrigerantes de un solo componente, es decir, la última gota de líquido se

evapora y existe como vapor saturado.

− El deslizamiento de temperatura Es la diferencia en temperatura del refrigerante entre la

entrada y la salida del evaporador debido al fraccionamiento de la mezcla.

Si se toma una temperatura T, entre las temperatura T1 y T2, el refrigerante tendrá una parte de

vapor y una de líquido. En esta temperatura T, hay más composición y2 del componente que

se está evaporando, y menos composición x1, que todavía es líquido. Por tanto, como se

explicó antes, evapora primero el más volátil.

Por ello las mezclas zeotrópicas presentan de desventajas con respecto a las azeotrópicas ya

que en el caso de problemas como puede ser alguna fuga del sistema, escapará primero el

componente más volátil, desequilibrando la composición de la mezcla.

Entre las mezclas zeotrópicas y las azeotrópicas, se encuentran las mezclas casi-

azeotrópicas, cuando las curvas del punto de burbuja y rocío se cortan en un punto intermedio

y la mezcla se comporta como azeotrópica en dicha composición. En estas mezclas el grado

de deslizamiento es muy pequeño, en torno a los 0.5 K. Mientras el comportamiento

azeotrópico no es común, el casi-azeotrópico lo es bastante.

Teóricamente, el deslizamiento puede ser calculado encontrando la diferencia de temperatura

entre los puntos de burbuja y de rocío a presión constante. Mediciones en el propio equipo

pueden diferir ligeramente dependiendo del estado del líquido refrigerante en la entrada o

salida del evaporador (o condensador). Pérdidas de presión a lo largo del evaporador pueden

también afectar el deslizamiento.

Actualmente la conservación de la capa de ozono y su efecto sobre el calentamiento global es

la prioridad en la elección de refrigerantes. Por tanto, su ODP debe ser nulo y el GWP debe

tener un valor reducido. Sin embargo, la eliminación de los refrigerantes halogenados no es

sencilla puesto que un buen sustituto debe tener además las siguientes cualidades:

• Eficiencia del ciclo de refrigeración: Es deseable que tenga una eficiencia (relación

potencia consumida y refrigeración producida) lo más alta posible.

• Propiedades físicas y químicas:

− Presión de evaporación baja, aunque superior a la atmosférica, evitando así fugas de aire u

otros gases no condensables en el sistema.

− Presión de condensación lo más baja posible y alejada de la presión crítica para permitir

menores espesores en el compresor, condensador, tuberías y depósitos.

− La capacidad frigorífica producida depende principalmente del calor latente de evaporación,

que debe ser elevado, y del volumen específico a la temperatura de succión, que debe ser

reducido, ya que afecta al tamaño y compacidad del compresor.

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− Conductividad térmica lo más alta posible, para que se dé un alto coeficiente de

transferencia de calor en los intercambiadores.

− Bajo punto de congelación. La temperatura de congelación tiene que estar muy por debajo

de cualquier temperatura a la cuál pueda operar el evaporador.

• Estabilidad química y térmica:

− Compatibilidad con los materiales: Los refrigerantes deben ser inertes, es decir, no producir

corrosión o erosión a los componentes. Ejemplo: el Amoniaco es corrosivo al cobre y los

halogenados los son con elastómeros y gomas.

− Buena coexistencia con los aceites: Cuando se mezcla una pequeña cantidad de aceite

con el refrigerante, esto ayuda a lubricar las partes móviles del compresor. Este aceite debe

realizar una lubricación continua y retornar, no adherirse a las paredes ya que reduciría la

transferencia térmica. Ejemplo: el R-22 es compatible con aceites minerales y R-134a, R-407C

y R-410A son compatibles con aceites POE ( Poliol Èster)

• Seguridad: Debido a posibles fugas de refrigerante durante la instalación u operación del

equipo son fundamentales su inflamabilidad y toxicidad.

La clasificación ANSI/ASHRAE 34-1992 divide los refrigerantes en clases A y B de toxicidad

(baja y alta respectivamente) y clases 1, 2 y 3 de inflamabilidad (no propagación de la llama,

baja y alta). Su nivel de seguridad se designa combinando ambas clases.

La mayoría de los refrigerantes empleados son clase A1, excepto el amoniaco, que es clase

B2, sólo empleado en refrigeración industrial. Las fugas de refrigerante deben ser fácilmente

detectables o sino se deben emplear los medios de detección necesarios.

Con la eliminación progresiva de los refrigerantes perjudiciales para la capa de ozono, los

candidatos a sustituir al R-22 a largo plazo que han tomado mayor relevancia son el R-134a, R-

410A y R-407C ya que, al ser HFCs (hidrógeno, fluor y carbono) tienen un ODP=0 y cumplen

con las características deseables en un buen refrigerante. El R-717 (Amoniaco), empleado en

aplicaciones industriales de todo tipo, también posee un ODP=0 además de propiedades

termodinámicas muy interesantes. Analizamos sus características:

R-134a

Este refrigerante es un gas puro que además de poseer nulo ODP, tiene un moderado HGWP

de 0.28 y clasificación de seguridad A1. Es ampliamente utilizado en aire acondicionado

doméstico y de automoción y frigoríficos. Su inconveniente es que precisa compresores e

intercambiadores de gran capacidad volumétrica.

R-410A

Es una mezcla binaria casi azeotrópica de 50% R-32 y 50% R125. Además de un ODP=0,

HGWP=0.43 y clasificación A1, es reciclable y reutilizable. Tiene un rendimiento energético

muy bueno, COP ligeramente superior al R-22, pero el inconveniente que presenta es que tiene

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una presión de diseño del lado de alta presión del orden de un 60% mayor que el R-22, por lo

que necesariamente es necesario cambiar el compresor original por uno scroll. Posee un

deslizamiento de unos 0.11° C.

R-407C

Este refrigerante fabricado a medida empleado en todo tipo de aplicaciones de aire

acondicionado, no produce ningún daño a la capa de ozono, su HGWP es 0.38 y su

clasificación A1. Posee propiedades termodinámica muy similares al R-22: su curva de

saturación y COP son muy parecidos excepto a baja temperatura.

Está formado por una mezcla ternaria zeotrópica de R-32(23%), R-125(25%) y R-134a (52%) y

por tanto, como inconveniente, presenta un deslizamiento de hasta 5.4° C, lo que lleva

asociado problemas de mantenimiento ya el sistema se debe purgar completamente cada vez

que se hace una reparación. Como todos los HFC precisan aceites POE en vez de minerales.

Amoniaco (R-717)

El amoniaco posee ODP y GWP nulos, por lo que favorece a la conservación de la capa de

ozono y es el menos dañino al calentamiento global. Tiene una alta eficiencia energética

(mayor que la de los HFCs) y permite compresores más compactos.

Su inconveniente radica en su clasificación de seguridad B2. La mezcla aire-amoniaco, es

inflamable, por lo que precisa detectores y ventilación mecánica continua y no se permite su

uso en aire acondicionado residencial. Se emplea mucho en almacenamiento industrial a baja

temperatura y compresores centrífugos.

El amoniaco, en presencia de vapor de agua, ataca al cobre, por lo que las tuberías deberán

ser de acero.

2.2.2 Tipo y número de compresores

El compresor en un sistema de refrigeración es el corazón del sistema de compresión

de vapor. El compresor eleva la presión del gas refrigerante a la salida del evaporador, de

forma que éste aumenta su temperatura produciéndose la condensación. Así mismo, mantiene

la circulación continua del refrigerante a lo largo del circuito de refrigeración hasta las

posteriores expansión y evaporación, obteniéndose finalmente el deseado efecto frigorífico.

El motor de arrastre de estos compresores es en la gran mayoría de los casos un motor

eléctrico, si bien existen también con motores de combustión interna.

Atendiendo al proceso de compresión, los compresores se dividen en:

Compresores de desplazamiento positivo o volumétricos: Aumentan la presión del vapor de

refrigerante reduciendo el volumen interno de la cámara, consumiendo para ello un trabajo

mecánico. Compresores de desplazamiento positivo pueden ser:

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• Alternativos

• Rotativos:

− De paletas

− De espiral (scroll)

− De tornillo (screw)

− De excéntrica

Compresores de desplazamiento cinemático o dinámicos: En este caso no se introduce el

fluido en ninguna cámara, comprimen acelerando el fluido muy rápidamente y después lo

frenan, convirtiendo la energía cinética en energía de presión. Compresores dinámicos pueden

ser:

• Centrífugos

• Axiales

Los compresores más usados en refrigeración industrial son los alternativos y los de tornillo.

Para climatización se usan alternativos y de espiral para máquinas pequeñas y alternativos, de

tornillo y centrífugos para máquinas de mayor tamaño.

Para evitar las pérdidas de refrigerante se deben tomar medidas de estanqueidad.

Los compresores según su tipo de montaje se clasifican en:

Hermético: El motor del compresor está montado en la misma carcasa sellada que el

compresor para evitar pérdidas de refrigerante. Se usan en ciclos de baja potencia. En el

interior de la carcasa nos encontramos el compresor alternativo de pistón, el motor eléctrico y

el aceite.

Alguna de sus ventajas son que tienen bajas fugas de refrigerante y que el motor eléctrico está

refrigerado con la temperatura de evaporación. Las desventajas más significativas son que si

se rompiese algún elemento, hay que romper el compresor por la mitad para poder abrirlo.

Semihermético: El motor del compresor está montado en la misma carcasa que el

compresor pero son accesibles desde la cabeza del cilindro para reparaciones y

mantenimiento. Se utilizan en potencias medias y eliminan los problemas de alimentación entre

el motor y el compresor.

Abiertos: Compresor y motor se montan en distintas carcasas y se acoplan. El cigüeñal es

accionado por un motor exterior al compresor. Muy usados con Amoniaco. Se utilizan para

medias y grandes potencias y son los más versátiles y accesibles.

Sus inconvenientes son que el eje gira a la velocidad del motor eléctrico, por tanto, el cierre

que conecta el eje se puede desgastar y fugar el refrigerante por él, provocando un peor

rendimiento mecánico. Además el motor eléctrico precisa un sistema de refrigeración.

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Figura 2.2.2.1. De izquierda a derecha: compresores hermético, semi-hermético y

abierto.

El factor más importante que regula la capacidad de un compresor, es la temperatura de

vaporización del líquido en el evaporador. Según la temperatura de evaporación a la que tiene

que trabajar la instalación, requiere que el compresor sea de:

Alta temperatura: desde + 10° C a – 10° C

Media temperatura: desde + 0° C a – 20° C

Baja temperatura: desde - 10° C a – 30° C

Aunque algunos fabricantes toman la temperatura de –15° C como frontera, entre los

compresores de alta o baja temperatura de evaporación.

2.2.2.1 Compresores alternativos

En los compresores alternativos, el gas refrigerante se mueve en el interior de un

cilindro efectuando su aspiración y su compresión, a través de uno o varios pistones

(normalmente son dos, tres, cuatro o seis) que se mueven en el interior del cilindro mediante

una biela. Cada cilindro dispone de al menos una válvula de aspiración de gas refrigerante para

la admisión, y de una válvula de descarga a través de la cual el refrigerante descarga hacia el

condensador una vez comprimidos.

El vapor de refrigerante es conducido a través de la válvula de succión en el cilindro, hasta que

el pistón alcanza su posición más baja. Mediante el empuje del cigüeñal en el pistón, se

comprime el vapor a una presión ligeramente superior a la de descarga. El vapor caliente abre

la válvula de descarga y sale del cilindro. El refrigerante gaseoso en un compresor alternativo

es comprimido mediante al cambio de volumen interno.

La capacidad frigorífica de un compresor alternativo tiene un rango de 1 a 3.5 kW hasta 800

kW. Los refrigerantes normalmente empleados con compresores alternativos son R-22, R-

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134a, R-404A, R-407A y R-407C para aire acondicionado residencial y el Amoniaco en

aplicaciones industriales.

Poseen una amplia gama de volúmenes desplazados en el intervalo, que va desde 0 a 1000

m3/h y su eficiencia volumétrica va típicamente desde 0.92 hasta 0.65

El diseño de compresores alternativos está actualmente en su etapa de madurez, por lo que no

se desarrollarán mejoras significativas. Los compresores alternativos todavía son ampliamente

usados en sistemas de refrigeración de tamaño medio. Sin embargo, están siendo desplazados

paulatinamente por los compresores scroll, screw y rotativos.

Figura 2.2.2.1.1. Compresor alternativo seccionado.

Los compresores alternativos se clasifican en función de varias características:

Por el modo de trabajar el pistón:

• De simple efecto: Trabaja sobre una sola cara del pistón, que está dirigida hacia la cabeza

del cilindro. La cantidad de aire desplazado es igual a la carrera por la sección del pistón.

• De doble efecto: El pistón trabaja sobre sus dos caras y delimita dos cámaras de

compresión en el cilindro. El volumen engendrado es igual a dos veces el producto de la

sección del pistón por la carrera.

Por el número de etapas:

• Compresores de una etapa: Se componen básicamente de un cárter con cigüeñal, pistón y

cilindro. Para su refrigeración llevan aletas en la parte exterior. Se utilizan en aplicaciones en

donde el caudal está limitado y en condiciones de servicio intermitente, ya que son

compresores de pequeñas potencias.

• De etapas múltiples: El aire se comprime en dos etapas; en la primera (de baja presión BP)

se comprime hasta una presión intermedia Pi y en la segunda (de alta presión AP), se

comprime hasta una presión superior. Estos compresores son los más empleados en la

industria cubriendo sus caudales una extensa gama de necesidades.

22


Por su refrigeración: Mediante aire o por agua, es decir, el refrigerador intermedio (entre

etapas) puede actuar a base de un ventilador o una corriente de agua a través del mismo.

Por el número y disposición de los cilindros: En los compresores de cilindros, los

fabricantes utilizan diversas formas de montaje para éstos, siendo las más frecuentes la

disposición vertical, la horizontal, en L ó en ángulo a 90º, y de dos cilindros opuestos, así como

la colocación en V, para los compresores pequeños.

Los compresores alternativos no funcionan bien si trabajan con relaciones de compresión

elevadas y con fluidos poco densos. La capacidad de un compresor es el gasto másico de

fluido que circula por el compresor, que debe ser controlado en forma manual o automática. El

rendimiento que tienen a cargas parciales no es bueno a no ser que se haya equipado con un

sistema de variación proporcional al gasto. Los métodos más utilizados en el control de la

capacidad y carga son:

Control todo-nada: Normalmente utilizada en pequeña potencia, y consiste en poner en

servicio o desconectar el grupo compresor por actuación de un termostato de cámara, ya sea

directamente o mediante el presostato de regulación de baja presión.

Empleo de motores de velocidad variable: Se puede conseguir una aportación de potencia

proporcional al gasto. Es costoso por lo que su empleo más general es en el caso de motores

con dos velocidades de conmutación, sensible a presión o temperatura.

Descarga de uno o más cilindros: Se dispone de tantas etapas de parcialización como

número de cilindros existe. El método más comúnmente usado es el de apertura de válvulas de

aspiración de manera que el cilindro continúa moviéndose pero sin realizar trabajo. Es el más

usado entre los métodos de regulación pero presenta problemas de desequilibrio.

By- pass del gas de descarga hacia la aspiración: Mediante un acoplamiento de aspiración

y descarga cuando la demanda frigorífica cae, parte del gas caliente retorna al lado de

aspiración y la capacidad del compresor se reduce en esa proporción. Este sistema no produce

reducción apreciable de la potencia consumida.

By- pass de una culata de cilindros: Cuando la demanda de potencia frigorífica se reduce

se abre la válvula presostática y el gas de descarga de una culata se pasa a parte de la

aspiración. Mediante una válvula de retención se logra equiparar las presiones de aspiración y

descarga de los cilindros controlados. Los pistones dejan de producir trabajo útil y la potencia

absorbida del motor disminuye de modo casi proporcional a la reducción de la potencia

frigorífica.

En todos estos casos las presiones de descarga y aspiración se mantienen invariables en el

proceso. Sólo se regulan las cantidades de gases enviadas.

La eficiencia de la compresión es una medida de las pérdidas que resultan de la divergencia

entre el ciclo real y el ciclo teórico (isentrópico) de compresión. Estas pérdidas son debidas a

23


que tanto el fluido como el compresor, no son ideales sino reales produciéndose a causa de

ello:

− Rozamiento interno a causa de no ser el fluido un gas perfecto y a causa también de las

turbulencias

− Retraso en la apertura de las válvulas de admisión y escape

− Efecto pared del cilindro

− Compresión politrópica

2.2.2.2 Compresores rotativos

2.2.2.2.1 Compresor scroll o espiral

Consiste en dos piezas metálicas en forma de espiral llamadas volutas. La superior es

fija y la inferior está accionada por el eje del motor, pero no describe un movimiento rotativo,

sino que se trata de un movimiento giratorio de traslación. Los ejes de las espirales describen

movimientos orbitales que reducen progresivamente el volumen del gas hasta el centro donde

se encuentra el orificio de descarga.

Los compresores de espiral presentan una serie de ventajas:

− Reducción de las piezas en movimiento, con lo que son menos los elementos sometidos a

fricción y por lo tanto, las posibilidades de averiarse.

− Reducción de los niveles sonoros.

− Resistencia a las averías: Los compresores rotativos presentan una resistencia total a los

golpes de líquido. El diseño del eje en que gira la espiral móvil permite un cierto pivotamiento

que anula el efecto de un posible golpe de líquido sin llegar a sufrir ningún daño mecánico

como consecuencia del mismo.

− Aumento del rendimiento volumétrico: A diferencia de los compresores alternativos, los de

espiral permiten un llenado y vaciado total de las cámaras, es decir, un rendimiento volúmetrico

del 100%.

− Eliminación de vibraciones: La producción de un caudal constante mejora las condiciones

de mantenimiento de los materiales, que no se verán sometidos a estrés ni a esfuerzos de

fatiga.

Este tipo de compresores presentan la dificultad de la regulación de la capacidad de carga. El

caudal de refrigerante que se mueve es constante en el tiempo y no puede ser regulado.

24


Los compresores de espiral trabajan, por lo general dentro de una gama de potencias que va

desde los 50 hasta los 200 kW. Si se requieren mayores potencias se podrán usar varios

compresores.

Figura 2.2.2.2.1.1. Compresor scroll seccionado.

Los compresores inverter son compresores rotativos que mediante un sistema electrónico

regulan las revoluciones del motor a través de la frecuencia y hace que se adapten a las

diferentes necesidades de la instalación. Los sistemas convencionales trabajan en corriente

alterna y regulan la temperatura con un control todo-nada o por etapas, los sistemas de

tecnología inverter son capaces de variar la corriente en el compresor de alterna a continua y

variar su velocidad para ajustar las potencias frigoríficas a las demandas energéticas.

Algunas de las ventajas de la tecnología inverter son:

Se consiguen grandes ahorros energéticos, gracias al funcionamiento del régimen del

compresor

Reducidos niveles sonoros

Se alcanza antes la temperatura deseada

Reducción de las fluctuaciones de temperatura (mayor confort)

Los elementos fundamentales del sistema inverter son el convertidor que transforma la

corriente alterna en corriente continua y el inverter, dispositivo electrónico de control situado en

la unidad exterior que consigue cambiar la frecuencia y por tanto variar la velocidad del

compresor. Cuan do la frecuencia aumenta, la velocidad de rotación del compresor aumenta, lo

que produce un aumento de la circulación de refrigerante, consiguiendo un mayor intercambio

de calor y cuando la frecuencia disminuye, la velocidad de rotación del compresor disminuye y

se produce una reducción de la circulación de refrigerante, consiguiéndose por tanto, un menor

intercambio de calor.

25


2.2.2.2.2 Compresor screw o de tornillo

Los compresores de tornillo pueden ser de un solo tornillo (monotornillo) o de doble

tornillo. Son los más usados para la gama de potencias altas. La potencia de compresión oscila

entre los 100 y los 1250 kW (máxima de 4000 kW)

Compresores monotornillo: Se compone de un único rótor helicoidal y dos satélites

opuestos, con ejes de rotación paralelos y situados en un plano perpendicular al del eje del

tornillo. El tornillo y los satélites, se encuentran ubicados en una envoltura estanca. El tornillo

está unido al motor de accionamiento, y los satélites son arrastrados por el giro del tornillo.

Compresores de doble tornillo: Consta de dos rotores con lóbulos fileteados engranados el

uno con el otro. En los canales, entre carcasa y tornillo se forman cámaras de volumen

variable. La aspiración del gas comienza en una de las extremidades del bloque rotor. La

compresión del gas a consecuencia del acercamiento progresivo de los lóbulos entre sí,

produciéndose la reducción de volumen ocupado por el gas. Una vez alcanzado el valor de

presión establecido, el gas encuentra la abertura de descarga y sale del compresor. Existe

aceite entre ambos tornillos con doble función de lubricación y cierre.

El compresor dispone de un orificio de succión y de dos orificios de descarga, uno axial y otro

radial. La regulación se hace reduciendo el volumen fileteado, retardando el inicio de la fase de

compresión. Mediante una válvula corredera, parte del gas refrigerante introducido para su

compresión es desviado y vuelve a la succión sin ser comprimido. La reducción de la potencia

absorbida es proporcional a la reducción de la capacidad frigorífica. Los compresores de

tornillo regulan su capacidad sustituyendo la corredera longitudinal por un anillo rotativo que va

descubriendo de forma progresiva un orificio que cortocircuita una parte más o menos grande

de la etapa de compresión. El control de capacidad de estos compresores se puede llevar a

cabo de forma continua y oscila entre el 10 y el 100% del valor máximo.

Los compresores monotornillo regulan su capacidad siguiendo el mismo principio que los de

doble tornillo, sustituyendo la corredera longitudinal por un anillo rotativo que va descubriendo

de forma progresiva un orificio que cortocircuita una parte más o menos grande de la etapa de

compresión.

Existe también la posibilidad de utilizar motores de dos velocidades conjuntamente con la

válvula de corredera, o añadir un variador de frecuencia al motor para poder variar la velocidad

de giro del motor (sin válvula de corredera).

El número de compresores para la misma potencia es mucho menor que el número de

compresores alternativos.

Respecto al rendimiento volumétrico, el compresor de tornillo obtiene unos resultados

excelentes, rozando el 100%.

26


Figura 2.2.2.2.2.1. Doble Tornillo.

Figura 2.2.2.2.2.2. Compresor de Tornillo seccionado.

2.2.2.3 Compresores centrífugos

Las máquinas centrífugas se crearon para obtener grandes capacidades de

enfriamiento, alcanzando potencia superiores a 1500 kW.

El compresor centrífugo consta esencialmente de una o varias ruedas impulsoras montadas

sobre un eje y encerradas en una cubierta de hierro fundido. El gas entra por el centro y es

acelerado radialmente en el rodete, cuando pasa por los álabes se acelera y es recogido por

una voluta donde la aceleración se convierte en energía de presión.

Se suele utilizar compresión en múltiples etapas con enfriamiento intermedio y parcialización

continua.

Son necesarios refrigerantes de alta densidad R-11, R-113. Actualmente se emplea R-134a.

27


Figura 2.2.2.3.1. Esquema sección compresor centrífugo y rodete.

Figura 2.2.2.3.2. Compresor centrífugo seccionado.

Recientemente han entrado en el mercado los compresores centrífugos exentos de aceite u “oil

free” que poseen unos valores de eficacia a carga parcial muy elevados, hasta hoy no

alcanzados, consiguiendo ahorros de energía de hasta un 30%.

La compresión se realiza mediante dos rodetes con un número muy alto de revoluciones,

accionados por un motor con variación continua de la frecuencia, que suministra exactamente

la potencia frigorífica requerida por la instalación mediante un control digital. Los cojinetes de

levitación magnética mantienen suspendido en el aire, sin roces, el árbol.

Esta tecnología derivada de las aplicaciones aeroespaciales, tiene muchas ventajas:

Eliminación del aceite y, por consiguiente, mejores prestaciones de los intercambiadores de

calor gracias a la ausencia de la película de aceite que, con otros tipos de compresor, se

interpone entre el refrigerante y las superficies de intercambio.

Ausencia de desgaste con el paso del tiempo y por tanto, mayor duración de los

compresores.

Ausencia de vibraciones en la máquina en cualquier condición de trabajo, incluyendo las

fases de arranque.

28


Estos compresores controlan con precisión la temperatura del agua a la salida del evaporador

mediante la modulación continua de la velocidad de los rodetes y la orientación de las paletas

en la entrada al compresor. Esto permite una considerable capacidad de adaptación a la

variación de cargas térmicas, reduciendo los consumos energéticos.

Figura 2.2.2.3.3. Compresor centrífugo libre de aceite seccionado.

2.2.2.4 Número de compresores

Muchos fabricantes han dejado de utilizar un único compresor grande para los

enfriadores de gran tamaño y han empezado a utilizar varios compresores más pequeños.

Por ejemplo, un compresor alternativo grande tendrá muchos cilindros para poder disponer de

la capacidad de bombeo necesaria para mover grandes cantidades de refrigerante, algunos

tienen hasta 12 cilindros. Son máquinas con muchas partes móviles y una fricción interna

grande. Si falla uno de los cilindros, se detiene el sistema entero. Con múltiples compresores,

si falla un compresor, los demás continúan el trabajo. Los compresores múltiples se utilizan

puesto que ofrecen cierta cobertura contra el fallo total y permiten el control de la capacidad.

Todos los enfriadores grandes deben contar con sistemas de control de capacidad. En caso

contrario, el compresor estará siempre encendiéndose y apagándose. Esto no es deseable,

porque la mayor parte del desgaste del compresor se produce durante la puesta en marcha,

antes de que se establezca la presión del aceite. Es un mejor enfoque de diseño que el

compresor se mantenga en línea y pueda operar a menor capacidad, lo que también reduce la

fluctuación de temperatura que resulta de detener el compresor y esperar a que el agua se

caliente para volver a ponerlo en marcha.

El sistema con diversos compresores montados en paralelo es una solución moderna de

refrigeración que apareja diversas ventajas técnico-económicas aplicadas en instalaciones de

mediano y grande porte. Consiste básicamente en dos o más compresores montados en el

29


mismo circuito frigorífico, los cuales podrán funcionar todos simultáneamente o una parte de

ellos, conforme a la demanda de frío necesario.

Sus ventajas son las siguientes:

Permite disminuir el número de compresores sin que se deje la instalación parada, en el

caso de haber fallo de alguno de ellos.

Facilidad de adaptación a la variación de la demanda de frío, con control modulante de

capacidad:

De un modo general, resulta muy difícil saber con exactitud la necesidad instantánea de frío

requerida por una instalación debido a la variación de la carga térmica que se da en la gran

mayoría de las instalaciones. Es importante destacar que apenas del 5 al 10% del tiempo se

produce la carga térmica máxima. Durante lo restante de dicho tiempo (90 al 95%) el

funcionamiento se desarrolla con gran ociosidad del equipo.

Los ciclos de las estaciones del año y de los días y noches, asociados a los aspectos

meteorológicos y operacionales, convierten la carga en ampliamente variable.

Acompañar esta variación en la necesidad de frío es una tarea difícil en instalaciones

convencionales. Normalmente se lo consigue variando el régimen de funcionamiento con un

derroche muy grande de energía eléctrica ya que las paradas y arranques sucesivos consumen

gran cantidad de energía eléctrica.

Sin embargo en instalaciones equipadas con compresores en paralelo, a medida que la carga

térmica sufre variaciones, los compresores acompañan estas variaciones colocando las

máquinas en funcionamiento conforme sea necesario. En el sistema central se producen

muchos ciclos de arranque y parada de los compresores toda vez que disminuye la carga

térmica. Las paradas y arranques sucesivos consumen gran cantidad de energía eléctrica.

Figura 2.2.2.4.1. Enfriadora de agua condensada por aire con 4 compresores

alternativos en paralelo.

30


2.2.3 Tipo de condensador

El condensador es el componente de la planta frigorífica cuya misión es el paso del

estado gaseoso al estado líquido del fluido refrigerante gracias a un fluido que lo enfría y que

evacua el calor hacia el exterior, normalmente será aire o agua.

El condensador se sitúa entre el compresor y la válvula de expansión en el ciclo frigorífico. El

gas refrigerante, comprimido hasta alta presión, sufre la transformación a líquido cediendo calor

al exterior en el condensador, para ser expandido posteriormente en la válvula de expansión.

Los condensadores en los equipos de climatización pueden ceder calor a aire o a agua, según

sea uno u otro el equipo, se dice que está condensado por aire o por agua.

Se pueden distinguir tres tipos de condensadores por el método de enfriamiento:

condensadores de aire, condensadores de agua o condensadores evaporativos:

Condensadores de aire o Enfriados por aire (intercambiadores a flujo cruzado aleteados

con ventiladores axiales):

Están formados por una batería de tubos aleteados dentro de los cuales circula el refrigerante

que calienta el aire exterior. Por la forma de circular el aire para refrigerar, distinguimos entre

dos tipos de intercambiadores, ambos de flujo cruzado: Circulación natural y circulación forzada

El aire tiene un calor específico muy bajo, y por otra parte el coeficiente de transmisión térmica

entre un vapor condensante y un gas es reducido. Ambas características obligan a mover

grandes volúmenes de aire y poner en juego grandes superficies de intercambio para potencias

frigoríficas relativamente pequeñas. Por esto, sólo en equipos pequeños se usa la circulación

natural.

En la mayoría de las instalaciones es indispensable, para obtener la circulación sobre el

conjunto aleteado, el uso de varios ventiladores independientes.

El condensador consta de un banco de tubos aleteados a través de los cuales circula el

refrigerante. Teniendo en cuenta la longitud de tubo aleteado necesaria para obtener la

superficie de condensación, el condensador puede constar de varias hileras de profundidad a

fin de conservar una sección frontal compatible con el tamaño de los ventiladores.

El diámetro interior de los tubos depende de la capacidad del condensador y oscila entre 10 y

20 mm. Así, la distancia de separación de las aletas, también dependiente del tamaño de la

instalación, varía entre 1,5 y 2 mm.

En cuanto a los materiales de construcción, el acero es el material más utilizado. Cuando se

trata de fluidos halogenados, por razones de costo, es frecuente el empleo de tuberías de

cobre con aletas de aluminio tratado contra la corrosión.

31


Para la correcta evacuación del aire se ha de buscar un buen emplazamiento, generalmente al

aire libre, o en casos de pequeña potencia en el interior pero con un gran volumen de aire

disponible. Según la disposición en el condensador se puede distinguir entre dirección del aire

vertical y horizontal.

Un factor importante a tener en cuenta es el nivel sonoro del conjunto que dependerá del

ventilador elegido, así como de la disposición de los tubos. Los perjuicios por los sonidos se

reducen en los modelos con circulación vertical de abajo hacia arriba.

Este tipo de condensadores son de menor costo inicial y de mantenimiento, pero tienen un

mayor coste de operación, porque tienen una temperatura de operación alta, y cuanto más alta

esté la temperatura del condensador, más consume el compresor.

Figura 2.2.3.1. Condensadores de aire con ventiladores axiales.

Condensadores de agua o enfriados por agua:

Pueden ser un intercambiador de carcasa y tubo o de placas.

En el condensador de carcasa y tubos, el refrigerante condensa por la carcasa y el agua va por

el interior de los tubos. El refrigerante cede calor al agua de los tubos, ésta se calienta y el

refrigerante se condensa.

El agua que se va calentando en el interior de los tubos se lleva a una torre de refrigeración (o

a una red de agua fía bruta: pozo, río, etc.) donde se enfría para volverla a introducir en los

tubos y calentarla de nuevo.

El consumo en este tipo de condensadores es menor que en los de aire, porque trabajan con

una menor temperatura de condensación, debido a que la fuente del enfriamiento es la

temperatura de bulbo húmedo en lugar de la de bulbo seco del aire exterior, pero tienen un

coste de instalación mayor. Además, cuando la distancia entre el compresor y el lugar donde

se evacua el calor es grande, es mejor bombear agua que refrigerante (vapor).

32


Figura 2.2.3.2. Condensadores de agua de carcasa y tubo.

Torres de refrigeración:

En la torre de refrigeración se enfría el agua procedente del condensador. Para ello pulverizan

el agua sobre una corriente de aire exterior. La configuración aire/agua más usual es

contracorriente aunque también existe el flujo cruzado (aire horizontal sobre agua cayendo en

vertical). Debido a que una fracción del agua se evapora y es absorbida por el aire debe existir

una toma para reposición de agua. Si intercambiamos el aire con una corriente de agua a la

temperatura de bulbo húmedo del aire, entonces el aire evoluciona siguiendo la “línea recta”

entre ambos puntos. Este proceso es prácticamente isentálpico y por lo tanto el agua restante

ni se enfría ni se calienta. El enfriamiento sufrido por el aire es debido a la energía necesaria

para evaporar el agua que es añadida al aire. Sin embargo si el agua se encuentra más

caliente que la temperatura de bulbo húmedo del aire, entonces la ley de la línea recta nos

muestra que el aire sufre un aumento de entalpía y que por tanto el agua tiene que sufrir una

disminución de la misma, es decir el agua se enfría. En el caso de las torres con flujos a

contracorriente el aire exterior recién entrado en la torre por su parte inferior se encuentra con

un agua en su punto de salida (ya enfriada) y el aire a la salida es el que está en contacto con

el agua más caliente (agua a la entrada).

Figura 2.2.3.3. Torre de refrigeración.

33


Condensadores evaporativos:

Estos condensadores son una ducha donde se ha introducido un serpentín por el que pasa el

refrigerante.

Se pulveriza agua y estas gotas se quedan sobre la superficie de los tubos. Mientras, se

introduce con el ventilador aire a contracorriente, este aire lo que intenta es saturarse y para

conseguir esto tiene que evaporar agua. La evaporación de agua se consigue extrayendo calor

de los tubos.

Con este método se consigue una temperatura de condensación menor por lo que se

consumirá menos, pero tienen un coste inicial muy alto.

Al igual que en las torres de refrigeración, existe el problema de la legionela, ya que en la parte

inferior hay bañeras, por eso hay que someter las bañeras a choques térmicos.

Tiene una alimentación de agua a través de la red, porque están sometidos a evaporaciones de

agua. El agua de red tiene muchas sales, si el agua la introduzco varias veces, evaporándola

constantemente, cada vez que pase por dentro queda saturada de sales. Esta es la causa de

que se vaya tirando el agua, para tomar agua nueva que no sea tan reactiva.

Es el que menor temperatura de condensación consigue y por ello son los más usados en

refrigeración industrial, requieren también que no exista mucha distancia entre los compresores

y el condensador.

Por tanto, podría decirse que son una mezcla entre los condensadores de aire y la torre. El

refrigerante circula por el interior de los tubos sobre los cuales se pulveriza agua que es

recirculada. Las temperaturas bajas de condensación ahorran potencia de compresión y bajan

las temperaturas de descarga (amoniaco). Poseen purga de agua en continuo para reducir la

concentración en minerales del agua, caudal de purga prácticamente igual al evaporado, luego

el caudal de reposición es del orden de 2 veces el caudal evaporado.

Las tres variables fundamentales son:

− La temperatura de bulbo húmedo del aire exterior

− El caudal de aire.

− El caudal de agua pulverizado

Es mejor no instalar control de capacidad y dejar que la temperatura (presión) de condensación

baje por equilibrio del circuito. Muchas veces la presión de condensación no puede bajar

indefinidamente: Problemas de alimentación de las válvulas de expansión. Temperatura

necesaria para el desescarche, etc. Cuando se hace control de capacidad se hace reduciendo

el caudal de aire (Motores de velocidad variable, motores de dos velocidades, compuertas de

aire, apagado temporal del ventilador (múltiples ventiladores). Cuando la temperatura del aire

baja y aparecen problemas de congelación se suele trabajar sin agua (condensador seco).

34


Figura 2.2.3.4. Condensador evaporativo de flujo cruzado.

Condensador remoto:

Son enfriadoras montadas en fábrica sin condensador, que es externo a la unidad. Las

instalaciones de tipo remoto pueden estar diseñadas de dos formas:con una unidad de

condensación individual para cada equipo o con uno o varios compresores conectados que dan

servicio a varios equipos.

Ventiladores:

Están presentes tanto en las baterías condensadoras. Disponen de una serie de tubos por los

que circula el fluido refrigerante y una carcasa donde se alojan estos tubos y donde se fuerza la

corriente de aire desde el exterior con la ayuda de unos ventiladores. Estos ventiladores

pueden ser axiales o centrífugos. Los centrífugos son capaces de impulsar mayores caudales

de aire y presentan menores niveles sonoros. Cuando la temperatura en la superficie de los

tubos del evaporador disminuye por debajo del punto de rocío del aire se produce el fenómeno

de la condensación y si se reduce aún más la temperatura, el escarchado. El escarchado incide

negativamente en los rendimientos por dos motivos: pérdida en la superficie de intercambio, y

pérdida de carga en el flujo de aire a través del conjunto de tubos. Por esta razón las Bombas

de Calor disponen de dispositivos de desescarche incorporando resistencias en el evaporador

o invirtiendo el ciclo durante periodos reducidos de tiempo.

Figura 2.2.3.5.Ventiladores axial y centrífugo.

35


2.2.4 Tipo de evaporador

El evaporador es una parte muy importante de una instalación frigorífica por ser el

componente que lleva a cabo el objetivo de la producción de frío, es donde se produce el

efecto frigorífico que se desea obtener para vencer las cargas térmicas del recinto a

acondicionar.

El evaporador en una instalación frigorífica se sitúa entre la válvula de expansión y el

compresor. Es un intercambiador donde entra el líquido refrigerante en estado líquido a baja

presión y temperatura proveniente de la válvula de expansión. Como el medio que le rodea

está a una temperatura superior, existe una cesión de calor que proviene del ambiente, la cual

será absorbida por el refrigerante, produciéndose el cambio de fase de refrigerante líquido a

vapor, para su entrada en el compresor.

El intercambio de calor entre el fluido refrigerante y lo que se quiere enfriar puede ser directo y

otras veces es a través de un elemento intermedio, el cual se enfría y éste a su vez, enfría el

producto.

Figura 2.2.4.1. Conjunto evaporador y condensador.

Atendiendo al elemento que se enfría los evaporadores pueden ser clasificados en enfriadoras

de aire (baterías de frío en expansión directa) y enfriadoras de líquido, que pueden enfriar agua

o un refrigerante secundario (salmueras, alcoholes o algún anticongelante) y que son el objeto

de nuestro estudio. Al enfriar agua, el agua se distribuirá por todo el edificio. En el caso de que

esta agua se enfriara por debajo de 0º C se utilizan glicoles o salmueras para que no se

congele.

Según el método de alimentación del refrigerante las enfriadoras de líquido pueden

clasificarse en:

• Evaporador inundado:

Consta de un depósito cilíndrico casi totalmente lleno de líquido en la parte alta del evaporador,

al que van soldados unos tubos. El control del refrigerante líquido, que debe entrar en el

36


evaporador en la misma proporción que lo que absorbe el compresor, se hace mediante una

válvula flotador.

El líquido se mueve por convección natural debido a la presión de la columna de agua. La

evaporación es parcial y el gas sale por arriba del depósito. Al hallarse toda la superficie

bañada en líquido refrigerante, se obtiene una ebullición en toda la masa y una rápida

absorción de calor.

Este tipo de evaporadores no produce sobrecalentemiento en el vapor, está en condiciones de

saturación, lo que hace que sean mejores condiciones de temperatura de descarga para el

compresor, mejora el COP, ya que disminuye la potencia de compresión. Otra de las ventajas

es que pueden limpiarse mecánicamente.

Uno de los inconvenientes que tienen este tipo de evaporadores es el elevado coste inicial por

todos los elementos que incorpora el sistema. A parte, necesita mayor carga de refrigerante

porque las columnas y el depósito tienen que estar llenos, lo cual también encarece el sistema.

El rendimiento se ve también afectado por la acumulación de aceite. El aceite se escapa con el

gas, si se acumula mucho aceite puede taponar la entrada y no funcionar eficientemente, es

como si se redujese el área de transferencia. Este aceite se suele acumular en las partes

bajas.

Este tipo de evaporadores se usa para instalaciones industriales.

• Expansión directa (DX) o de tipo seco

En estos evaporadores el fluido refrigerante circula por el interior de los tubos y el líquido a

enfriar, por la carcasa, consiguiéndose que el fluido vaporice completamente. Los enfriadores

de expansión directa introducen el refrigerante al final del tambor del enfriador y el agua se

introduce por un lado de la coraza. Este tipo de evaporadores se usa en instalaciones

pequeñas de aire acondicionado.

El grado de sobrecalentamiento del vapor a la salida es regulado con una válvula de expansión

termostática (TVX). La válvula controla que el refrigerante salga con un recalentamiento de 4 a

7º C, gracias a un sensor de temperatura, situado a la salida del evaporador. Cuando el sensor

detecta que el sobrecalentamiento disminuye e intenta acercarse a la zona de líquido-vapor,

manda una señal a la válvula que hace que ésta se cierre un poco para que entre menos

caudal de líquido y por tanto, consiga evaporar todo lo que entre. Si por el contrario ve que

aumenta el sobrecalentamiento su forma de regulación es aumentar el caudal.

Tiene la ventaja de la fácil instalación y un bajo coste. Como desventaja se puede decir que

siempre hay sobrecalentamiento, lo que implica una temperatura más alta de trabajo del

compresor, por lo que necesita un trabajo de compresión mayor así como que precisan

limpieza química. A parte, el refrigerante pasa por todas las fases, y cuando está calentado es

menos eficiente que cuando aún hay líquido.

37


Comparando estos evaporadores con los evaporadores inundados son menos eficientes, ya

que los evaporadores inundados con menor área de intercambio consiguen mayor potencia.

• Recirculación de líquido:

Es un sistema parecido al evaporador inundado, pero no se mueve por termosifón sino que hay

bombas de recirculación que mueven el refrigerante.

Como ventaja presenta que es un poco más barato, tiene menor carga de refrigerante que el

inundado y que el aceite no se deposita. A parte, en el caso de que se tuviese más de un

evaporador no se puede colocar un depósito para todos, pero sin embargo, sí se puede colocar

una sola bomba.

El inconveniente es el coste de bombeo, aunque éste no es relativamente importante. Se usa

para grandes instalaciones.

• Evaporadores Carcasa y tubo:

Consiste en un cilindro de gran diámetro con un haz de tubos de pequeño diámetro instalados

en su interior. Sus formas habituales de construcción son las siguientes:

− Refrigerante por dentro de los tubos: Se suele usar para plantas enfriadoras de agua de

aire acondicionado (instalaciones centralizadas de aire acondicionado). La alimentación de

refrigerante a los tubos se realiza a través de una válvula de expansión termostática.

El principio de funcionamiento de una válvula de expansión termostática es tal que, los cambios

de temperatura detectados por el bulbo termostático al final del evaporador afectarán a la

presión que ejerce el refrigerante que contiene en su interior, aumentando cuando suba la

temperatura detectada y disminuyendo cuando ésta baje. Esta presión actúa sobre una

membrana, haciendo que la válvula abra el paso de refrigerante cuando aumenta la

temperatura detectada por el bulbo, y que cierre el paso cuando desciende ésta.

− Refrigerante en la carcasa (por el exterior de los tubos): en estas enfriadoras, con el

refrigerante expansionado en el cilindro, el líquido a enfriar se mantiene a un nivel por debajo

de la parte superior del envolvente a fin de haya suficiente espacio para la separación entre el

refrigerante líquido y vapor, trabajando pues en régimen inundado (por lo que se suelen llamar

enfriadoras inundadas) y regulando la inyección por medio de una válvula de flotador.

Las temperaturas de funcionamiento estimadas como normales son:

Temperatura de evaporación=2º C

Temperatura de entrada del agua=12º C

Temperatura de salida del agua=7º C

Aunque también se fabrican evaporadores multitubulares especiales para baja temperatura,

donde el líquido deberá estar compuesto de una mezcla de agua y glicol al 35% y trabajar con

una temperatura de evaporación de -15º C.

38


Se emplean principalmente para refrigeración industrial.

Existen dos formas de separar el vapor una vez se ha evaporado:

− Dejar una zona sin tubos donde se acumula el vapor

− Colocar otro tanque donde se produce la separación líquido-vapor

− Una tercera opción es pulverizar el refrigerante líquido sobre los tubos (más calientes), se

añade el coste de operación de la bomba de recirculación pero se mejora el coeficiente de

transferencia del evaporador y se disminuye la carga de refrigerante necesaria (muy

interesante por su coste en halogenados y por motivos de seguridad en amoniaco).

En estas enfriadoras los tubos pueden ser lisos o aleteados. Los evaporadores de tubos lisos

son usualmente construidos en acero y cobre. Los tubos de acero son utilizados por grandes

evaporadores y para aquellos que utilizan amoniaco, y los tubos de cobre se utilizan en los de

menor tamaño.

Figura 2.2.4.2. Evaporador de carcasa y tubo en U.

• Evaporadores de placas:

Está compuesto de una serie de placas acopladas entre sí, se cierran con dos tapas de acero y

se atornillan. El refrigerante circula entre dos placas y el fluido a refrigerar circula entre las dos

placas adyacentes usualmente a contracorriente. Por lo que refrigerante y líquido a enfriar

circulan en sentidos contrarios por las distintas caras de cada una de las placas que

conforman el evaporador.

Este tipo de intercambiadores tiene un diseño compacto y modular, fácilmente desmontable

para su limpieza y permite ahorrar espacio. Tienen un alto coeficiente de transferencia de calor

y usan baja carga de refrigerante, por lo que están ganando bastante popularidad en los

últimos años, especialmente en la industria alimentaría debido a su facilidad para la limpieza.

Su inconveniente son las altas pérdidas de carga.

Los problemas en el sellado hacen que su uso no sea recomendable cuando se trate de

refrigerantes peligrosos.

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Pueden montarse en las tres configuraciones: expansión directa (problemas en la uniformidad

del flujo de refrigerante), evaporador inundado y recirculación de líquido

Figura 2.2.4.3. Evaporador de placas.

Los enfriadores de líquido más utilizados son los intercambiadores de carcasa y tubo, y los

intercambiadores de placas que se detallan más adelante.

2.2.5 Número de circuitos frigoríficos

Cuando es necesario mantener los productos a temperaturas muy bajas, se hace

necesario trabajar con temperaturas de evaporación muy bajas, lo que conlleva una diferencia

de presiones de condensación y evaporación grandes. Para estos casos los ciclos de

compresión simple empiezan a tener eficiencias muy bajas, para mejorarla se establece la

compresión múltiple.

Por ejemplo, si precisamos disminuir la presión de aspiración del compresor, para atender

servicios a más baja temperatura, nos encontraremos con los siguientes efectos:

− Hay un incremento en la diferencia de las presiones de aspiración y condensación, el cual

puede ocasionar un esfuerzo en los componentes mecánicos, de tal forma que tenga lugar la

rotura de alguno de ellos.

− Aumenta la temperatura de descarga y el trabajo de compresión. Temperaturas de

descarga altas, comprometen la correcta lubricación de la máquina (por la disminución de la

viscosidad del aceite) y por otra parte pueden llegar a dilatar excesivamente alguna de las

piezas y debilitar la resistencia a la rotura de las mismas.

− El efecto frigorífico disminuye.

− El aumento de la relación de compresión, tiene un efecto inmediato sobre el rendimiento

volumétrico total empeorándolo considerablemente.

− Debido a las anteriores el COP disminuye.

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− La disminución del caudal másico ocasionada por el aumento del volumen especifico del

refrigerante y por el descenso del rendimiento volumétrico total no tiene efecto en el COP, pues

afecta igualmente a potencia frigorífica y consumo eléctrico.

Para calcular la presión intermedia usualmente se utiliza la media geométrica de las presiones

de condensación y evaporación, que únicamente garantiza que ambos compresores trabajan

con la misma relación de compresión.

com PPP ⋅= (2.2.5.1)

Pm =Presión intermedia

Po =Presión de evaporación

Pc =Presión de condensación

Generalmente se pasa a comprimir en dos etapas cuando la relación de compresión es mayor

de 6, en caso de ser de más de 28 se comprime en 3 etapas.

Los sistemas de múltiples etapas se pueden clasificar en función de que constituyan un único

circuito frigorífico o más:

Compresión doble directa o con un circuito único:

Empleando instalaciones que utilizan un solo refrigerante en un circuito único se pueden

reducir los efectos anteriormente analizados mediante sistemas multietápicos.

La solución más inmediata consiste en colocar dos compresores en serie, o bien, construir un

compresor que funcione con dos etapas de compresión (unos cilindros operan en el escalón de

baja presión y otros en el escalón de alta presión, estando unos y otros en serie, el cual recibe

el nombre de “compresor Compound”)

Con ello se consigue que las máquinas trabajen con una relación de compresión más reducida

y por tanto que sus componentes estén sometidos a esfuerzos razonables, esto permite a la

vez, corregir los efectos de una relación de compresión elevada sobre el rendimiento

volumétrico.

Por tanto, en la compresión múltiple directa el mismo refrigerante es el se comprime múltiples

veces. En este caso se tratará en primer lugar de disminuir la temperatura de los vapores de

salida de la primera compresión, lo cual puede lograrse de las siguientes maneras:

− Enfriamiento del gas descargando con un refrigerante exterior al sistema, utilizando, por

ejemplo, agua de refrigeración.

− Enfriamiento del gas con el propio refrigerante: inyectando refrigerante liquido.

En el primer supuesto no se conseguirá un enfriamiento tan eficaz como en el segundo, pues

la reducción de la temperatura de descarga está en función del nivel térmico disponible para el

medio de enfriamiento y este siempre será inferior con el propio fluido frigorífico ya que se

podrá buscar una presión de saturación adecuada.

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El trabajo de compresión total vendrá determinado por la suma de trabajo realizada por ambos

compresores: el del escalón de baja y el del escalón de alta.

Disposiciones que son posibles con ciclo doble directo:

− Ciclo con intercambiador de calor: Se utiliza parte de la potencia frigorífica en enfriar la

corriente de salida del compresor de baja.

− Ciclo con inyección directa de refrigerante: Existen dos caudales distintos.

− Ciclo con enfriador intermedio de inyección total: El más fácil de regular de todos.

− Ciclo con enfriador intermedio de inyección parcial, también llamado de enfriador cerrado.

Los dos últimos casos son los más usados, por lo que vamos a representar sus esquemas a

continuación.

Figura 2.2.5.1. Ciclo doble directo con enfriador intermedio de inyección total.

Figura 2.2.5.2. Ciclo doble directo con enfriador intermedio de inyección parcial.

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2.2.6 Reversibilidad

En el mercado existen enfriadoras de agua reversibles (son capaces de producir agua

caliente, para calefacción o agua fría, para refrigeración) denominadas bombas de calor o

enfriadoras de agua sólo para refrigeración.

La refrigeración consiste en la eliminación de calor de un lugar en que no resulta deseable y su

depósito en un lugar donde su presencia no moleste. De hecho, el calor puede llevarse a un

lugar donde sí que se desee su presencia, recuperando así el calor. En esto radica la diferencia

entre una bomba de calor y un aparato de solo frío. Con el acondicionador de solo frío solo se

puede bombear el calor en un sentido, mientras que la bomba de calor es un sistema de

refrigeración que puede bombear calor en ambos sentidos.

El hecho de que la bomba de calor se pueda utilizar tanto como calefactor como refrigerador

exige que las baterías interior y exterior funcionen como condensador y como evaporador,

respectivamente, en régimen de calefacción y como evaporador y condensador en régimen de

refrigeración.

Las bombas de calor reversibles son capaces de proporcionar calefacción y refrigeración para

lo cual incorporan una válvula de 4 vías que permite la inversión de circulación del fluido

frigorífico, sin que el compresor tenga que alterar su funcionamiento. De esta forma:

− Se bombea calor del exterior hacia el interior en el ciclo de calefacción.

− Se bombea calor del interior hacia el exterior en el ciclo de refrigeración.

En la figura 2.2.6.1 se esquematizan los ciclos de calefacción y refrigeración. El funcionamiento

del ciclo de calefacción de una bomba de calor reversible es el siguiente:

− El compresor eleva la presión y temperatura del fluido frigorífico. (1)

− En el intercambiador, situado en el interior del recinto a calefactar, el fluido cede al aire del

recinto el calor de su condensación. (2)

− El fluido en estado líquido y a alta presión y temperatura se expande en la válvula de

expansión reduciendo su presión y temperatura, evaporándose en parte. (3)

− En el intercambiador situado en el exterior el fluido refrigerante completa su evaporación

absorbiendo calor del aire exterior, retornando al compresor (1) a través de una válvula de

cuatro vías. (5)

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Figura 2.2.6.1. Ciclos de refrigeración y calefacción.

Como se comentó anteriormente la válvula de cuatro vías, con cuatro conexiones conectadas

respectivamente, a la aspiración y descarga del compresor, al evaporador y al condensador, es

la responsable de modificar la circulación del gas de descarga y el calor en la dirección

apropiada, con el fin bien de calentar el espacio acondicionado, o de enfriarlo.

Durante el ciclo de refrigeración, el refrigerante sale del conducto de descarga del compresor

en forma de gas caliente. El gas caliente entra en la válvula de cuatro vías y sale hacia la

batería exterior que hace de condensador, donde se transmite calor hacia el exterior. El

refrigerante se condensa, sale del condensador en estado líquido y fluye hacia la batería

interior por la válvula de expansión. El refrigerante se expande y en la batería interior, que hace

de evaporador se convierte en vapor. El vapor caliente sale del evaporador y entra en el

cuerpo de la válvula de cuatro vías. El pistón de la válvula dirige el refrigerante hacia el

conducto de aspiración del compresor, donde el refrigerante se comprime y el ciclo vuelve a

empezar.

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El ciclo de calefacción, consiste en que el gas caliente sale del compresor y entra en el cuerpo

de la válvula de cuatro vías, como en el caso anterior. Sin embargo, ahora el pistón de la

válvula de cuatro vías cambia a la posición de calefacción y el gas caliente entra en el

serpentín interior. El serpentín actúa como condensador y expele calor hacia el espacio

acondicionado. El refrigerante se condensa y sale del serpentín interior en estado líquido.

Atraviesa la válvula de expansión y llega al serpentín exterior. El refrigerante se expande y

absorbe calor mientras se convierte en vapor. El vapor caliente sale del serpentín exterior y

entra en la válvula de cuatro vías. La válvula lo dirige hacia el conducto de aspiración del

compresor. El vapor se comprime y se desplaza hacia el conducto de descarga del compresor,

para repetir el ciclo.

Figura 2.2.6.2. Válvula de cuatro vías.

La variación de la temperatura del aire exterior a lo largo del periodo de calefacción provoca

dos tipos de inconvenientes para las bombas de calor que emplean el aire exterior como fuente

fría:

Cuanto más baja es la temperatura, menos calor suministra la bomba de calor, mientras

que las necesidades de calefacción aumentan.

Por debajo de un cierto valor de la temperatura exterior, la temperatura de la superficie

externa del evaporador en contacto con el aire baja por debajo de 0 ° C formándose una capa

de escarcha sobre dicha superficie.

Cuando la temperatura del aire exterior disminuye, la temperatura de evaporación del fluido

termodinámico se hace más baja, la diferencia de temperatura entre el condensador y el

evaporador aumenta lo que provoca una disminución del coeficiente de funcionamiento, COP y

la potencia calorífica.

El enfriamiento del aire exterior al pasar por el evaporador, puede ocasionar la condensación

de una parte del vapor de agua que contiene. La cantidad de agua condensada depende de las

condiciones de temperatura y de humedad del aire a su entrada en el intercambiador y, de la

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importancia del enfriamiento sufrido. A partir de cierta temperatura del aire (de orden de + 3 °

C) la temperatura de evaporación del fluido termodinámico se hace suficientemente baja para

que la superficie del evaporador, en contacto con el aire, esté a una temperatura inferior a 0 ° C

y, el agua eventualmente condensada, se transforme en hielo. La capa de escarcha así

formada no hace más que crecer con el tiempo y entorpecer la transferencia térmica, provoca

un aumento en la diferencia de temperatura entre el fluido termodinámico que se evapora y el

aire, y, en definitiva, tiene el mismo efecto negativo sobre el COP que un descenso de la

temperatura exterior.

Para eliminar la escarcha formada sobre el evaporador se realiza una inversión del ciclo

(desescarche automático). Mediante una maniobra en la válvula de 4 vías, el intercambiador

exterior que tenía la función de evaporar en el ciclo de calefacción, se convierte en

condensador y el calor liberado permite hacer fundir la escarcha depositada. Durante la

secuencia de desescarche, el calor es extraído del interior del recinto, y, para evitar que el aire

reciclado sea insuflado a una temperatura demasiado baja, las revoluciones del ventilador de la

unidad interior se reducen el mínimo.

Existen dos métodos para gobernar las secuencias de desescarche:

− Constatar la presencia efectiva de escarcha y esperar que se forme una capa de espesor

suficiente antes de proceder al desescarche.

− De forma contraria, proceder a secuencias sistemáticas de desescarche desde el momento

en que las condiciones exteriores amenacen la formación de hielo a partir de agua

condensada.

El primer método consiste en medir la pérdida de carga del aire exterior tras su paso por el

evaporador. Esta pérdida de carga aumenta al ir creciendo la capa de escarcha y, a partir del

momento en que cierto valor es sobrepasado, basta con accionar el mecanismo que permite la

inversión del ciclo. El final del ciclo de desescarche puede controlarse de 2 formas:

A partir de una medida de la presión del fluido termodinámico en el intercambiador exterior

(convertido en condensador durante el período de desescarche).

A través de una medida de la temperatura de dicho intercambiador.

Efectivamente, la presión y la temperatura del fluido termodinámico aumentan rápidamente al

final del desescarche y, por consiguiente, una de estas dos magnitudes puede ser utilizada

para ordenar el retorno al ciclo de calefacción. Por lo dicho anteriormente, es evidente la

necesidad de realizar un desagüe para el agua resultante del desescarche en la unidad

exterior.

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2.1 descripción - servidor de la biblioteca de...

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