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8/6/2019 sistema_refrigeracion

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INGENIERA ENERGTICA GENERALInst: IEG: 100225

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Ahorro Energtico Integral

Sistemas de RefrigeracinPropiedades de los Refrigerantes

Tablas P T de los refrigerantes ms utilizados


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Resumen

El Instructivo ha sido preparado y editado para la comprensin y la utilizacin del calculadorre f r i ge ran tes _p t , disponible en l ibre acceso en nuestra web www.energianow.com (verCalculadores_Energticos).

El calculador imprime la temperatura (en F) de saturacin del refrigerante y la temperaturade recalentamiento o subenfriamiento (segn el caso), si se registra en su Formulario deentrada la presin manomtrica (en psig) y la temperatura real (en F), tomadas ambas en elmismo punto del sistema de refrigeracin. Estos parmetros estn estrechamente vinculadosal comportamiento del sistema, por lo que son tiles para el diagnstico durante la operacin.

El calculador abarca los refrigerantes de mayor utilizacin, como el R22, R410, R407c, R12 yR134a e imprime o muestra esta informacin en los intervalos de temperaturas desde -58 F (-50 C) y hasta +139 F (+59 C).

Al disponer en tiempo real de la informacin anterior, el personal encargado puede decidir comosolucionar fallas, corregir el rumbo de la operacin y promover una operacin eficiente.

Prximamente se complementar este calculador, con un procesador que incluir el resto delos indicadores que miden la eficiencia energtica en estos sistemas.

Sobre el documento Sistema Refrigeracin que aqu muestro, contiene la informacin bsicasobre el proceso cclico de la refrigeracin, en este caso por compresin de gases, dirigido aaquellos visitantes e interesados que necesitan informarse previamente sobre el abc de esteproceso termodinmico, donde tomar las mediciones de presin y temperatura real, comoproceder con esta herramienta de clculo y que informacin se puede extraer una vez conocidolos parmetros que el calculador nos muestra. Se describe aqu el sistema de refrigeracin, lascaractersticas de los gases refrigerantes y su comportamiento en el ciclo de refrigeracin.Tambin contiene informacin sobre el diagnstico, informacin sobre las alteraciones de estosparmetros y las causas que pueden generar los defectos de la operacin, haciendo hincapi enque estas fallas alteran la eficiencia energtica del sistema.

Para la programacin de este calculador, ha sido necesario el empleo de las Tabla P T de losprincipales refrigerantes empleados. El procesador concibe dentro de su programacin, lainterpolacin de los valores discretos que como conocemos, se registran en las Tablas depropiedades termodinmicas de los gases y vapores, por lo que el resultado que se muestra esel valor interpolado que coincide con la presin manomtrica real medida en un punto delsistema y registrada en el Formulario de entrada. A la vez, conocida la temperatura real en esepunto, el calculador imprime el grado de recalentamiento o subenfriamiento del refrigerante(segn el caso) en ese mismo punto.

Estaremos muy a gusto con recibir sus comentarios, con el fin de continuar mejorando este tipode informacin tan necesaria.


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Sistemas de Refrigeracin-Tablas. Propiedades de losRefrigerantes

Objetivos.

IntroduccinDescripcin del sistema de refrigeracin por compresin de vaporGases refrigerantes. Principales caractersticaComportamiento del refrigerante en los diferentes puntos del sistemaDiagnstico del sistema de refrigeracinTablas Presin - Temperatura de los refrigerantes. Los de mayor usoEmpleo de las Tablas de presin temperatura de los refrigerantes. Diagnsticos.Informacin que se deduce de las variaciones del valor operacional de subenfriamientoy superenriquecimiento

Introduccin

El sistema de refrigeracin se define como un sistema cerrado, en el cul el proceso de

absorcin y liberacin de calor se realiza por medio de un refrigerante que fluye en unciclo de compresin de vapor. Para realizar el trabajo de compresin que realiza elsistema de refrigeracin, requiere del consumo de la energa y lo ms comn esencontrarnos que el compresor est accionado por un motor elctrico. Los conjuntosde refrigeracin que son accionados por motores de combustin interna, son menosfrecuentes encontrarlos que los movidos por electricidad. Lo mismo ocurre con losconjuntos de refrigeracin accionados por generadores de absorcin que empleanquemadores de combustibles, o colectores solares.

Estos sistemas energticos estn muy ligados a nuestra vida diaria. La refrigeracinest presente en todos los sectores de la econmica y la sociedad, desde el sectorresidencial donde los sistemas de refrigeracin domstica son comunes en la mayorade los hogares, ejemplos tenemos en el mueble frigorfico, o el aire acondicionado queclimatiza (refresca o calienta) el interior de las habitaciones. A ritmo con el desarrollodel nivel de vida de la humanidad, cada da que pasa se incrementan el empleo de larefrigeracin residencial, destacndose en el crecimiento el aire acondicionadoindividual, sectorizado y centralizado, sumando consumo de energa a la facturaelctrica individual, tanto para refrescar el ambiente interior de los locales como en laestacin de invierno, para calefaccin de interiores.

En el sector comercial, la refrigeracin asegura la conservacin y congelacin de losalimentos. Estos sistemas forman parte del proceso de exhibicin y venta en losgrandes, medianos y pequeos centros comerciales. Conocemos los muebles,mostradores, congeladores, botelleros y consolas refrigeradas. En la transportacin ydistribucin de alimentos, tanto terrestre, martimo como el areo, la refrigeracin

garantiza la congelacin y conservacin durante la travesa. El almacenamiento de losalimentos se realiza en cmaras refrigeradas, tanto para su congelacin, como para laconservacin de los mismos. Tambin se emplean cmaras aisladas donde se coloca elhielo producido en un sistema de refrigeracin, en sus diferentes formas, como puedenser bloques de hielo de distintas dimensiones. El hielo en cubo o en forma de tubo esempleado para el enfriamiento de bebidas embotelladas, o si cumple las condicionessanitarias establecidas, para el enfriamiento de lquidos directos. El hielo en escama,es utilizado principalmente en la industria pesquera, pues su estructura en forma de


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virutas y escamas facilita un mayor contacto superficial de las estibas o cargas delpescado al depositarlos en las cajas. La conservacin de las capturas en la pescarequiere garantas de que el pescado llegue fresco a puerto seguro.

En la industria de la alta tecnologa, como la biotecnologa, la farmacutica, la

gentica, la electrnica, la informtica (hard y software), fabricacin de medicamentos,la refrigeracin es muy propia del proceso y la climatizacin asegura la calidad delambiente interior de los locales. En el Sector de Salud, los hospitales, clnicas ylaboratorios no funcionaran sin la climatizacin. Sin ella no es procedente realizaroperaciones en los salones de ciruga, no funcionaran las salas de cuidados intensivosy los departamentos de diagnstico clnico.

En el sector turstico es primordial para garantizar la calidad del servicio hotelero. Enlos edificios de administracin y oficinas, etc.

En fin, estamos en presencia del sistema energtico de mayor utilizacin en la vidadiaria de todos nosotros por su amplia difusin, por lo que podemos concluir que es unsistema globalizado. Por lo tanto, la operacin de este sistema energtico y sus

consecuencias posteriores, impacta de lleno a nuestro Planeta. Para bien, es unsistema que est al alcance de la gran mayora por su amplia utilizacin en nuestravida diaria. Esta forma o particularidad facilita que muchos de nosotros podamosactuar positivamente, si sabemos como hacerlo. Y ese es el objetivo principal de esteInstructivo, facilitar conocimientos para que el interesado conozca que hacer para queestos sistemas operen con mayor eficiencia.

El consumo de electricidad de los sistemas de refrigeracin y la eficiencia de suempleo, depender de muchos factores, todos muy al alcance de nuestras decisiones.Hay factores que clasifican como propios del proceso que se realiza, otros estnasociados a la forma de operacin del sistema, tambin influye en la eficiencia losfactores vinculados con el estado tcnico del equipamiento.

Los indicadores o intensidad de consumo por unidad frigorfica, varan en funcin de latemperatura de operacin del sistema de refrigeracin. As los sistemas que operan abajas temperaturas de evaporacin, tienen un indicador mayor que los de mediana yalta temperatura de evaporacin.

No es menos importante conocer que tambin influyen en la eficiencia del consumo deenerga, los factores que podemos clasificar como externos al sistema de refrigeracin,como son las condiciones medioambientales, la orientacin y ubicacin de loscomponentes del sistema en la zona de instalacin, los parmetros con los cuales sehan seleccionado los equipos y se han adquirido, en este ltimo grupo principalmentelos parmetros relativos al rgimen de carga / capacidad.

En cualquier esquema de consumo - distribucin y uso de la electricidad, los sistemasde refrigeracin y aire acondicionado pueden representar entre el 30 y 50 % en laestructura del consumo. Conocemos que grandes consumidores de electricidad,tambin son grandes emisores de CO2 a la atmsfera, cuestin estrechamente ligada,de ah que estemos ante uno de los sistemas de refrigeracin donde nuestra actuacinpersonal y colectiva puede influir en mejoras de la factura, de la economa y de ladescontaminacin ambiental.


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En resumen, el sistema de refrigeracin es un sistema cerrado, donde se realizacclicamente un proceso de compresin de un gas refrigerante, que puede seraccionado por un motor elctrico, o por un motor de combustin interna, o por ungenerador de calor. Hemos conocido que estos sistemas son grandes consumidores deenerga durante su funcionamiento y por eso, potentes emisores de CO2 a la

atmsfera. Conocimos tambin que por su amplia difusin en todos los sectores de laeconoma y la sociedad, la gran mayora de nosotros podemos actuar positivamentesobre su eficiencia, si sabemos cmo hacerlo.

Descripcin del sistema de refrigeracin por compresin de vapor

En su forma ms sencilla, un sistema de refrigeracin consta de cinco componentes:Compresor, Condensador, Evaporador, Dispositivo de Expansin y Tuberas

Compresor: Es el corazn del sistema, ya que mueve el flujo de refrigerante. Sufuncin es recibir vapor de refrigerante a baja presin (y temperatura) proveniente delevaporador y comprimirlo a alta presin (y temperatura). El vapor a alta presin esconvertido a fase lquida en el condensador.

Condensador: El condensador absorbe el calor que trae el vapor de refrigerante a altapresin y lo transfiere al aire forzado que recibe de los ventiladores, o hacia el agua deenfriamiento, segn sea enfriamiento por aire o por agua. El vapor de refrigerante secondensa dentro de este intercambiado, pasando a la fase lquida.

Dispositivo de Expansin. En fase lquida el refrigerante generalmente es almacenado yposteriormente llega a la vlvula de expansin. El lquido, que permanece a altapresin antes de la vlvula, es estrangulado en su paso por este dispositivo yexpandido, transformndose en una mezcla lquida gaseosa a baja presin. Estedispositivo separa la zona de alta de la baja presin.

Evaporador, equipo donde concluye la evaporacin de la mezcla de refrigerante lquido- gas, absorbiendo calor del medio que est siendo enfriado. Todo el refrigerante debepasar al estado vapor.

Saliendo del evaporador, ya en forma de vapor, con una presin y temperatura baja, elrefrigerante regresa a la succin del compresor para nuevamente ser comprimido yrecalentado. Por supuesto, la comunicacin de los equipos para el transporte derefrigerante, se realiza mediante conductos de tuberas, las que requieren en algunaszonas del sistema, aislarse trmicamente.

Dado que el dispositivo de expansin regula el flujo de refrigerante hacia elevaporador, su seleccin es de particular importancia para la operacin posterior delsistema de refrigeracin.

De acuerdo al tipo y la complejidad del sistema de refrigeracin, encontramos distintosmedios auxiliares integrados al sistema. Entre ellos los instrumentos de medicin ycontrol, tales como manmetros y termmetros indicadores y registradores, losampermetros y voltmetros para medir los parmetros de la corriente elctrica ymedidores de flujo. Otros medios auxiliares son los filtros, tanque de almacenamientode refrigerante, visores de lquido, visores de nivel de aceite, vlvulas de sobrepresin,etc. Tambin, para los sistemas que emplean agua de enfriamiento en la


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condensacin, o enfran agua, est presente el sistema de Tratamiento Qumico delAgua (TQA). El sistema de TQA se integra al de refrigeracin, fusionndose por decirlo,pues su comportamiento y estado tcnico influir directamente en la eficienciaenergtica del sistema de refrigeracin.

Finalmente, un componente principal en este conjunto, es el hombre, quien disea,proyecta, selecciona, opera, mantiene y controla este tipo de sistema energtico, quecomo hemos conocido antes, son altos consumidores de energa. De ah que laformacin y preparacin de personal, de tcnicos y especialistas en esta ramaenergtica, es de suma importancia.

Gases refrigerantes. Principales caractersticas

Como hemos ledo anteriormente el fluido trmico que circula en el sistema cerrado derefrigeracin, es un gas refrigerante, y en la descripcin del sistema realizada en elapartado anterior, hemos conocido que este fluido absorbe o cede calor en lasdiferentes etapas y equipos por donde va circulando y transformndose.

Entonces un gas portador refrigerante no es ms que una sustancia que tiene lacapacidad de transportar e intercambiar calor con el medio ambiente, cediendo calor aalta temperatura y absorbindolo a baja temperatura.Un buen refrigerante debe cumplir mltiples cualidades, que por desgracia no todaspueden ser satisfechas a la vez. Hasta hoy no se ha logrado un refrigerante "ideal".Seguidamente menciono algunas de las principales cualidades a satisfacer.

Se hace evidente que en la medida que la naturaleza del refrigerante sea tal que las P- T de condensacin se aproximen a las del ambiente, necesitaremos menos energapara comprimirlo y para enfriarlo, y con ello el indicador de consumo por unidadfrigorfica tambin ser menor. A la vez, si coincidiera que su diferencia en calorlatente (respecto al ambiente) fuese lo suficientemente alto para realizar latransferencia de calor, requeriramos menos cantidad de refrigerante para ejecutar eltrabajo y con ello menos compresin. Ambas cualidades son primordiales en elconsumo de energa. Se suman otras propias de la naturaleza qumica del refrigerante,las que proporcionarn poder realizar el trabajo de refrigeracin con mayor o menoreficiencia.

Ordenado las cualidades que debe cumplir un buen refrigerante, tenemos lassiguientes:a) No debe degradar la atmsfera al escaparse. Debe ser inerte sobre la reduccin dela capa de ozono y no incrementar el potencial efecto invernadero.b) Ser qumicamente inerte, no inflamable, no explosivo, tanto en su estado puro comoen las mezclas.c) Inerte a los materiales con los que se pone en contacto, tuberas, sellos, juntas, etc.

d) No reaccionar desfavorablemente con los aceites lubricantes y presentar unasatisfactoria solubilidad en l.e) No intoxicar el ambiente por escapes y ser nocivo a la salud de las personas.f) La relacin P1/P2 debe cumplir con la eficiencia del consumo energtico.g) Poseer un elevado coeficiente de transferencia de calor por conduccin.h) Cumplirse que la relacin presin - temperatura en el evaporador sea superior a laatmosfrica, para evitar la entrada de humedad o aire al sistema.


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j) Que su punto de congelacin sea menor que la menor temperatura de trabajo desistema de refrigeracink) Fcil deteccin en fugas.l) Bajo precio y fcil disponibilidad.

Un propsito que se persigue y an no se cuenta con su solucin, es contar con unaceite lubricante que funcione con todos los tipos de refrigerantes orgnicos einorgnicos.

Podemos clasificar los refrigerantes en dos grupos.Los orgnicos o que provienen de los hidrocarburos halogenados.Los inorgnicos.

Dentro de los orgnicos se conocen tres familias:

a) CFC (Flor, Carbono, Cloro). Clorofluorcarbono. Son los primeros causantes deldeterioro de la capa de ozono e internacionalmente ya se ha prohibido su fabricacin yempleo. Contienen hidrgeno y flor en su molcula y estos lo hacen muy estable en la

atmsfera por largos periodos de tiempo. En esta familia encontramos los R11, R12,R115.

b) HCFC (Hidrgeno, Carbono, Flor, Cloro). Tambin afectan la capa de ozono pero enmenor cuanta y su desaparicin est prevista para el 2015. El R22 es el componenteprincipal de la familia.

c) HFC (Hidrgeno, Flor, Carbono). Son los nuevos refrigerantes. No presentanpotencial destructor de la capa de ozono. En este grupo clasifican el R134 y l R404

Los nuevos refrigerantes HFC, tienden a sustituir a los CFC y los HCFC. A continuacinse presentan los diferentes tipos de refrigerantes sustitutos para los principalesservicios:

Servicios CFC / HCFC HFCLimpieza del sistema R11 R141bBaja temperatura R502 R404 / R408Media temperatura R12 R134a / R409 / R600Aire acondicionado o Altatemperatura

R22 R407c


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Aplicaciones Descripcin Refrigerantes empleadosRefrigeracin Domstica Unidades domsticas R-600a, R-134aRefrigeracin Comercial Muebles y Exhibidores

refrigeradosR-134a, R-404A, R-507

Procesamiento de alimentosy almacenamiento

Cmaras refrigeradas,frigorfico

R-134a, R-404a, R-507, R-717

Refrigeracin Industrial Procesos qumicos, lneas deproduccin de derivadoslcteos, bebidas,farmacutica, etc.

R-134a, R-407c, R-410a

Transporte refrigerado Cmaras refrigeradas R-134a, R-404a, R-507Enfriamiento electrnico Enfriamiento para

procesadores y componentesde hardware

R-134a, R-404a, R-507

Refrigeracin - Medicina Salones de ciruga, SalasIntensivas, medios dediagnsticos

R-134a, R-404a, R-507

Refrigeracin criognica Ethylene

Helium

Los portadores refrigerantes pueden ser puros o mezclas de diferentes gases, las que asu vez pueden ser azeotrpicas y no azeotrpicas. Las mezclas azeotrpicas secomportan como una sola molcula pura de refrigerante. Se identifican con el cdigoque empieza por 5, ejemplo R500, R502. Las mezclas no azeotrpicas, formadas porvarios componentes, no se comportan como un refrigerante puro. Se identificanempezando por 4, como son R404, R407c, etc. Este tipo de mezcla presenta lo que seconoce como deslizamiento, lo que significa que a la misma presin hay diferentestemperaturas de condensacin en los componentes de la mezcla, por lo que cuandouno est en estado lquido, an otro componente puede estar en fase vapor. Estedeslizamiento del punto de condensacin, puede alcanzar entre 1 hasta 7 C. En elrefrigerante 407c se asume un deslizamiento hasta 10 C.

Los refrigerantes que su cdigo comienza por 6 son los isobutanos, como el R600 quese emplea en instalaciones domsticas.

Los portadores refrigerantes inorgnicos, son inertes a la contaminacin atmosfrica.Estos se identifican con el cdigo que comienza por 7. Ejemplo R717- amoniaco, elR744 - Dixido de Carbono o el R764 - Dixido de Azufre. Los refrigerantes naturalesno alteran la atmsfera, pero algunos como el amoniaco es altamente txico.

En conclusin, an no se ha diseado o existe un refrigerante que satisfaga todas lascondiciones ideales que deben cumplirse y que se han relacionado anteriormente, porlo que siempre habr que decidirse por el empleo de uno de ellos, y renunciar aalgunas de estas cualidades.

Comportamiento del refrigerante en los diferentes puntos del sistema

A la succin del compresor, el refrigerante llega en estado de vapor, a bajatemperatura. En la medida que el sistema opere a menor temperatura, el valor de stay de la presin en la succin tambin ser menor. Es importante asegurar que todo elrefrigerante llegue en estado de vapor al compresor y eliminar la posibilidad que


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partculas de lquido alcancen las vlvulas de succin y los pistones del equipo. Una vezcomprimido el vapor refrigerante, pasa al estado recalentado, a una presin superior.La cantidad de gas comprimido y la eficiencia de compresin, dependern de lacapacidad volumtrica del refrigerante y de la relacin de presiones a la que ste tieneque ser sometido.

Dentro de condensador, cede el calor al fluido de enfriamiento, a la presin de alta,condensndose y pasando al estado lquido. Ya en estado lquido es almacenado yconducido hasta la entrada de la vlvula de expansin, donde el lquido alexpansionarse genera un cambio de fase al estado vapor, coexistiendo ambas fases,lquido - vapor a la salida de la vlvula de expansin.

Dentro del evaporador, se produce la evaporacin total del refrigerante, cambio defase que se realiza a costa del calor que absorbe del medio a refrigerar.

Desde el evaporador, se dirige a la succin del compresor y se repite el ciclo.

Estos cambios sucesivos de fase del refrigerante y la manera en que estos se realizan,

pueden ser monitoreados perfectamente conociendo las presiones y temperaturas encada punto del sistema de refrigeracin donde estos cambios ocurren. Es por ello queconocer las Tablas P - T de los refrigerantes ms usados y la forma de empleo, seconvierte en una herramienta de trabajo de amplia utilidad, tanto para el personal queopera, como para los que explotan y controlan estos sistemas.

Diagnstico del sistema de refrigeracin.

Para un diagnstico prctico y en tiempo real, se requiere tener a mano los mediossiguientes:

a) la documentacin tcnica para saber como realizar el diagnstico,b) la automatizacin en un calculador de las Tablas de P - T para los refrigerantes dems uso, de forma que introduzcamos el valor de la presin manomtrica tomado encualquiera de los puntos sensibles del sistema de refrigeracin y nos reporte cual es latemperatura de saturacin en ese punto.c) automticamente comparar el valor reportado por el calculador con la temperaturareal y conocer el valor de recalentamiento o superenriquecimiento y delsubenfriamiento del refrigerante.

Con la teora aportada en este Instructivo, basados en el valor del recalentamiento ysubenfriamiento, el operador podr diagnosticar si el sistema se encuentra funcionadodentro o fuera de parmetros. Las desviaciones de estos parmetros estn asociadas ainfiltraciones de gases inertes no condensables, obstrucciones en los conductos deevaporacin y otras causas. Las infiltraciones de aire diluyen el volumen de

refrigerante que circula, alteran la relacin p2/p1 de compresin. La humedad queacompaa a las infiltraciones del aire ambiente, se condensa en las zonas de bajatemperatura, vlvula de expansin y evaporador, aumentando la cada de presin quese opone al flujo de refrigerante, descontrolando el funcionamiento de la expansin, loque reduce la capacidad de enfriamiento e incremento de los ndices deenerga/frigoras.


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Tablas Presin - Temperatura de los refrigerantes. Los de mayor uso

Por lo general todos los fabricantes de equipos y sistemas de refrigeracin, de gases

refrigerantes y las empresas de servicios tcnicos distribuyen a sus clientes y tcnicoslas Tablas de propiedades termodinmicas de los refrigerantes, pero no todos conocensu empleo y como sacar de esta informacin el mximo aprovechamiento.

Son pocos los que utilizan las Tabla de P - T para diagnosticar el problema que estsucediendo en el sistema de refrigeracin y la opinin de muchos (me incluyo) es quese hace incomodo trabajar con ellas, principalmente al pi del equipo. Por ese motivo,he acopiado la informacin sobre este tema y preparado este Instructivo, que estarpublicado en el server de la Web de Ingeniera Energtica General, 24/7 OnLine bajoLIBRE ACCESO, por lo que podr estar al alcance de todos los que se interesen por unmejor control de los sistemas de refrigeracin que operan. El resultado final a alcanzares que muchos puedan participar por iniciativa propia o en colectivo, en elevar laeficiencia de estos sistemas, reducir el consumo de energa y como resultado inducido,

menos CO2 a la atmsfera de nuestra Tierra.

Tengo en mi poder una Tabla que la forman 6 columnas y unas 100 filas. La primeracolumna registra la temperatura de saturacin en C y las otras 5 reportan la presinde saturacin, en psig, para los refrigerantes de mayor empleo, R22, R410, R407c,R12 y R134a. Ambos puntos, T y P se encuentran sobre la lnea de saturacin de cadarefrigerante en el diagrama termodinmico T-H. Esta ser la Tabla que automatizar,con lo cul facilitar su empleo para determinar el recalentamiento y subenfiramientoen los puntos sensibles del sistema de refrigeracin.

El valor inicial de temperatura comienza en -50 C y alcanza +50 C, abarcando losvalores probables de presin - temperatura que se pueden encontrar en los puntostrmicos principales del sistema de refrigeracin y que son utilizados para evaluar elcomportamiento eficiente del mismo. Por cada grado centgrado en ese intervalo detemperaturas, la Tabla P - T reporta los valores de las presiones de saturacin paracada uno de los refrigerantes.

A muy bajas temperaturas, (entre -50 y -27 C) los refrigerantes pueden tener presinpositiva o negativa, segn la naturaleza del gas. Ya a valores mayores de temperatura(sobre -27 C), todos los refrigerantes presentan presiones positivas, superiores a laatmosfrica. De ah que los valores reportados en la Tabla, dentro del intervaloanterior de bajas temperaturas, puedan ser presiones negativas (de vaco) o presionespositivas (mayor a la atmosfrica). Por ejemplo, en este intervalo de bajastemperaturas, el R-410 mantiene su presin positiva, pero el resto de los refrigerantestendrn presin de vaco, en funcin del valor de temperatura a la cul se encuentra.

Para el correcto empleo de los parmetros registrados en la Tabla que automatizar,hay que describir sus principales caractersticas:

a) en el intervalo de bajas temperaturas, tendremos que indicar con un signo negativosi la presin es de vaco (- negativa)b) las unidades en que se reporta la presin de vaco es en pulgadas de mercurio. Lapresin positiva se reporta en libras/plg2. Por lo que si se mide presiones negativas y


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se quiere utilizar el calculador, hay que convertirlas a plg de mercurio y colocar unsigno negativo delante. Si el usuario dispone de presiones en atmsfera, deber hacerla conversin previa de sus unidades lb/plg2 man. (psig).

El R410, como ya explique antes, es el nico de estos refrigerantes que dentro de este

intervalo (-50 C a -27 C), su presin es siempre positiva. El extremo es el R134a, lque a valores de temperatura de -27 C an mantiene valores de presin negativa. Lasiguiente Tabla muestra ese comportamiento: En cada columna solo he registrado elprimer valor de la presin positiva, (en negrita) que por supuesto, es el ms bajo. Avalores mayores de temperatura, la presin positiva ir creciendo hasta el lmite de latemperatura de esta Tabla que es 50 C. Los valores en rojo son presiones de vaconegativas, en plg de mercurio.

tempgC R22 R410 R407 R12 R134a-50 -10.9 +0.4 -15.1 -18.3 -21.1-48 -8.9 -13.4 -17.1 -20.1

-46 -6.7 -11.5 -15.8 -18.9-44 -4.3 -9.5 -14.3 -17.6-42 -1.7 -7.2 -12.7 -16.2-40 +0.5 -4.8 -11.0 -14.7-39 -3.5 -10.1 -13.9-38 -2.2 -9.1 -13.0-37 -1.8 -8.2 -12.1-36 +0.3 -7.1 -11.2-35 -6.1 -10.3-34 -5.0 -9.3-33 -3.9 -8.2-32 -2.7 -7.2

-31 -1.5 -6.1-30 -0.2 -4.9-29 +0.48 -3.7-28 -2.4-27 -1.1-26 +0.1

Empleo de las Tablas de presin temperatura de los refrigerantes.

Conocido el sistema de refrigeracin, conocido los distintos refrigerantes y sucomportamiento en el sistema, estamos listos para entender como utilizar las Tablasde P -T de los refrigerantes para poder realizar diagnsticos a este sistema.


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Esquema tpico de un sistema de refrigeracin

En la figura anterior se puede ver el compresor, condensador, recipiente colector, filtrosecador, indicador de humedad, vlvula termosttica, evaporador y filtro de succin.Nos referiremos a cada uno de estos componentes para precisar el estado quepresenta el refrigerante en la entrada y salida de los mismos. Tambin, podemosapreciar la lnea de lquido, tuberas de un color gris claro, la lnea de succin, con uncolor negro, representando el vapor a baja presin y la lnea de descarga o altapresin, de un gris oscuro, representando el gas refrigerante o la alta presin.Podemos ver como el bulbo trmico que acciona la vlvula de expansin, est fijado a

la tubera en el punto ms cercano a salida del evaporador. Es la dinmica de la tomade temperatura a la salida del evaporador, la que abrir ms o menos la alimentacinde lquido refrigerante al evaporador.

Veamos como la relacin P -T puede ser til para valorar el comportamiento delsistema. Si dividimos el sistema de refrigeracin en la zona de alta y la zona de bajapresin, podemos notar que en la zona de alta presin encontramos el refrigerante enlas tres fases posibles: A la descarga del compresor, en forma gaseosa y recalentado,en el condensador el refrigerante se licua y pasa a lquido. En el recipiente colector, elrefrigerante lquido estar en equilibrio con el vapor. En la lnea que va a la vlvula deexpansin, encontramos solamente lquido. Por lo general se instala en esta lnea unvisor de lquido que nos asegura que el refrigerante est en su forma lquida y no llegavapor a la vlvula de expansin.

Posterior a la vlvula de expansin entramos en la zona de baja presin, yencontramos antes del evaporador una mezcla de refrigerante expansionado en fasevapor y de partculas lquidas. Ya en el evaporador el refrigerante pasa a vapor.

Una cuestin importante a tener en cuenta es que solo en las zonas donde elrefrigerante se encuentra en equilibrio entre fases, lquido - vapor, la relacin P - T se


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cumple tal y como se reporta en la Tabla P-T. Por lo anterior, solo hay tres lugares enel sistema de refrigeracin en operacin normal donde la relacin P - T es ciertamentevlida. Estos lugares son el evaporador, el condensador y el tanque de lquido, dondeestamos seguros que el lquido est en equilibrio con su vapor. En estas zonas deequilibrio, donde el vapor est mezclado con el lquido, la relacin P - T se mantiene

constante. Por lo que conocido uno de estos parmetros, se puede determinar el otro,si tenemos a mano una Tabla P - T.

Que pasa en aquellos puntos del sistema donde el refrigerante no est mezclado?

En los puntos del sistema donde est presente solo el vapor, como es el caso de lalnea de succin del compresor, en la prctica la temperatura real ser mayor que laindicada en la Tabla P - T, para la misma presin que estemos midiendo. En este casola diferencia de temperatura entre la real y la de la Tabla, ambas correspondientes a lapresin medida, se denominar el superenriquecimiento o recalentamiento del vapor.Lo contrario sucede en la lnea de lquido, por ejemplo en la zona antes de la vlvulade expansin. La temperatura real del sistema ser menor que la temperatura quereporta la Tabla y que se corresponde con la presin medida en ese punto. La

diferencia entre la temperatura de la Tabla y la real se conoce como subenfriamiento.

En el esquema anterior del sistema de refrigeracin, indicaremos varios puntos demedicin, asumiremos valores de presin manomtrica y temperatura para describir elcomportamiento del refrigerante. Haremos la descripcin, considerando que esteproceso ocurre en dos sistemas, uno funcionando con R12 y otro con R22

Primer punto: Entrada del evaporador.Sistema R 12. Parmetros medidos a la entrada del evaporador. Temperatura de -6Cy la presin de 22 psig.Un manmetro instalado en este punto indica una presin de 22 psig, correspondiendoen la Tabla P-T para el R12 una temperatura de - 6 C, la misma que ha sido medida.

Sistema R 22, Parmetros medidos a la entrada del evaporador. Temperatura de 5 Cy la presin de 70 psig. La temperatura segn la Tabla P - T es de 5 C, por lo que elrefrigerante se encuentra en zona de mezcla.

Segundo punto: Salida del evaporador.Sistema R12. Parmetros medidos a la salida del evaporador. Temperatura de - 3 C ypresin de 18 psig. En este punto solo encontramos refrigerante en fase gaseosa yrecalentado. Para el valor de la presin manomtrica de 18 psig, la temperatura deequilibro es de -9 C. Hay una diferencia entre la temperatura real de '3 y la de laTabla '9 que es igual a 6 C de recalentamiento.

Sistema R 22. Parmetros medidos a la salida del evaporador. Temperatura de 9 C y

presin de 67 psig. Segn la Tabla P - T, a la presin de 67 psig, se corresponde conuna temperatura de equilibrio de 4 C, por lo que tenemos que la medicin real de 9 C es superior a la de la Tabla, estamos en presencia 5 C de recalentamiento.

Tercer punto: Entrada del compresor.Sistema R12. en la succin del compresor, se asume el mismo valor de presin que elde la salida del evaporador, de 18 psig y la temperatura real medida es de 8 C. Elrecalentamiento del vapor es de 17 C [8-(-9)]) = 17 C.


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Sistema R22. Presin de succin, 67 psig y una temperatura de 16 C, Calculamos ladiferencia respecto a la de la Tabla P - T que para 67 psig fue de 4 C. El valor delrecalentamiento del vapor es de 16 - 4 = 12 C

Cuarto punto: Salida del compresor.

Sistema R12. La medicin P - T en la descarga del compresor, 146 psig y 86 C. En laTabla P - T la temperatura de equilibrio para 146 psig es de 46 C. El recalentamientoasciende a 86 - 46 C =40 C.

Sistema R22. R22, La medicin P - T en la descarga del compresor, 261 psig y 99 C.La Tabla P - T para esta presin registra 49 C y el recalentamiento alcanza 99 - 49 =50 C.

Quinto punto: Centro del condensador.Sistema R12. Se ha instalado un manmetro que mide 146 psig (como si no existieseprdida de carga) y 46 C. Segn la Tabla P - T, la temperatura de equilibriocorrespondiente es de 46 C, por lo que coincide con el valor real.

Sistema de R22, Presin de de 261 psig y t de 49 C. Se cumple que la temperatura dela Tabla P - T para esa presin es idntica a la de la medicin real, de 49 C.

Sexto punto: Tanque de Lquido. Presin de 135 psig y T de 43 C. Existe una cadade presin desde el condensador. La temperatura del lquido segn la Tabla P - T es de43 C. Como el refrigerante esta en equilibrio lquido - vapor, la temperatura realcoincide con la de la Tabla.

Sistema R 22, la presin en el Tanque de Lquido es de 242 psig y la temperatura de46 C. La temperatura en la Tabla P - T correspondiente es de 46 C y coincide con lamedicin real.

Si tenemos presente una columna de lquido, como sucede a la salida del Tanque, elsubenfriamiento puede ser mejorado bajando la temperatura del lquido mediante elintercambio de calor con el refrigerante que sale del evaporador. As tambin seenriquece este vapor, recalentndose, reduciendo la posibilidad que gotas de lquido sepongan en contacto con las partes metlicas de las vlvulas de admisin delcompresor. Es conveniente mantener el subenfriamiento del refrigerante en la lnea delquido para evitar la formacin de flash y la presencia de gas antes de la vlvula deexpansin.

Sptimo punto: Antes de la vlvula de expansin.Sistema R12. En la lnea de lquido, el sistema tiene la misma presin que la delTanque, 135 psig y t de 40 C. La temperatura de la Tabla P - T a esa presin es de 43C y la real, en ese punto ha sido de 40 C. De ah que el subenfriamiento es de -3 C

(40- 43).

Sistema R 22, en este punto la presin es de 242 psig y la temperatura medida de 43C. La temperatura correspondiente en la Tabla P - T de 46 C para unsubenfriamiento de -3 C


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Octavo punto: Entrada de la vlvula de expansin.Sistema R12. Presin de 131 psig y temperatura de 40 C. La temperatura en la Tablaes de 42 C. La temperatura real de la medicin ha sido de 40 C, para unsubenfriamiento de -2 C.

Sistema R22, la presin cae a 225 psig y temperatura de 39 C. La temperatura en laTabla P - T de 43 C para un subenfriamiento de -4 C

A diferencia de lo que he asumido antes, en los sistemas reales hay diferencias entrelas presiones medidas a la salida del compresor y el condensador, debido a la prdidasde carga del flujo en la tuberas. Es por eso que para una toma de datos certera,debemos medir puntualmente la presin del sistema y no asumir los valores. El mismoerror podemos cometerlo al asumir la presin en la vlvula de succin del compresorigual al valor de la presin a la salida del evaporador. Esto podra coincidir o acercarsea la verdad en los sistemas pequeos, donde las prdidas de carga son mnimas, peroen los de mediana y gran capacidad no.

Informacin que se deduce de las variaciones del valor operacional de

subenfriamiento y superenriquecimiento.

Por lo general se requiere determinar el superenriquecimiento del gas refrigerante a lasalida del evaporador, para comprobar el funcionamiento de la vlvula de expansin.Para ello se instala un manmetro en la lnea de succin, en la zona prxima al bulbosensor de la vlvula. Las vlvulas de expansin operan para un valor desuperenriquecimiento (recalentamiento) del refrigerante determinado y sucomportamiento es medido a travs de los valores de temperatura a la salida delevaporador y a la entrada. Brevemente explico cmo es el mecanismo.

Anteriormente, cuando explicamos el Esquema tpico de una instalacin, habamosconocido que el bulbo trmico que acta sobre la regulacin de flujo de la vlvula deexpansin, est fijado a la tubera en el punto ms cercano a salida del evaporador,por lo que la temperatura que actuar para abrir ms o menos la alimentacin delquido al evaporador, ser la que presente la corriente de refrigerante cuando sale delproceso de evaporacin. Entre el valor de la temperatura a la salida del evaporador yel valor real de la temperatura dentro del evaporador, hay una diferencia, aportada porel resorte o muelle de regulacin de la vlvula de expansin. Esa diferencia es igual alvalor del superenriquecimiento (recalentamiento) que la vlvula de expansin debeasegurar para una correcta operacin del sistema. Los cambio de la temperatura delvapor del refrigerante en la salida del evaporador es causado por uno de dos eventos:a) La presin del resorte o muelle de regulacin de la vlvula se ha modificado pormedio del ajuste de la vlvula,b) o se ha producido un cambio de carga trmica del evaporador.Cuando se ajusta la vlvula de expansin aumentando la tensin del resorte, se

disminuye el flujo del refrigerante dentro del evaporador y el vapor se recalienta a unpunto superior, aumenta el recalentamiento. Al reducir la tensin del muelle de lavlvula, aumenta el flujo de refrigerante y por supuesto, la carga trmica delevaporador. As el refrigerante se evapora a mayor velocidad y la diferencia detemperatura entre el punto de salida del evaporador y su interior, tienden a igualarse.

Conocido este mecanismo, cuando sin tocar el muelle de ajuste de la vlvula deexpansin ocurren variaciones en el valor del recalentamiento a la salida del


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evaporador, estos cambios sern debido a anormalidades en el funcionamiento delsistema. Atendiendo a su tendencia (aumento o reduccin) se pueden deducir suscausas y con ello proponernos soluciones para corregir nuevamente la marcha delproceso.

Con el empleo de la Tabla P -T podemos determinar estas variaciones. Si hay unobstculo en el evaporador, se desajusta el funcionamiento de la vlvula de expansin,al aumentar la cada de presin. Entonces, hay un aumento en el valor delrecalentamiento.

El empleo de las Tablas P - T pueden servirnos para detectar la presencia de gases nocondensables en el interior del sistema. Cuando la temperatura del refrigerante en elcondensador es menor a la indicada en las Tablas P - T para una presin determinada,es una seal de la presencia de gases no condensables. Inducidamente el fluido deenfriamiento abandonar el condensador a una temperatura inferior y estas diferenciasde temperatura en el fluido de enfriamiento, tambin puede indicarnos la presencia degases indeseables.

Otras fallas que podemos diagnosticar con el empleo de las Tablas P - T

Cuando la temperatura de recalentamiento en la succin del compresor tiende aaumentar en un periodo de tiempo, por lo general es una seal de falta derefrigerante. Esta falla coincide generalmente con la congelacin de la vlvula deexpansin, pues precisamente la expansin se realiza antes de llegar a ella, enfriandola zona fuera del lmite operacional. Por lo contrario, cuando se reduce elrecalentamiento en la succin del compresor, y en la vlvula de expansin notamostambin una temperatura superior a la nominal de operacin, puede ser sntoma deexceso de refrigerante.

Sobre el Autor: Ren Ruano Domnguez tiene ms de 35 aos de experiencia en actuaciones en sistemas y equiposenergticos, tanto en los que utilizan energa fsil como fuentes renovables. Se inici como operador, posteriormentetecnlogo y Gerente Tcnico en la Industria de Conversin y Refinacin de los Combustibles. Ha sido fundador y Gerente

Tcnico de varios Equipos de Ingeniera Energtica dirigidos al Proyecto, Montaje y los Servicios Tcnicos en losSistemas de Calor y Fro, abarcando la generacin, distribucin y uso del vapor y el agua caliente en mediana ypequeas instalaciones, hasta 10 bar de presin; y en los sistemas de Fro las bajas temperaturas (refrigeracin yproduccin de hielo industrial), medianas temperaturas (conservacin) y altas temperaturas (Aire Acondicionado) parainstalaciones industriales y comerciales. Ha realizado mltiples actuaciones en proyectos, ejecucin y servicios deIngeniera Energtica General.


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