TEMPERATURA DE DESCARGA EN COMPRESORES

REGISTRATE EN FOROFRIO

 

TEMPERATURA DE DESCARGA EN COMPRESORES

Dentro del medio de la refrigeración y aire acondicionado, la falla más frecuente de los
compresores es la de Alta Temperatura de Descarga, en este artículo se trata de describir
las principales razones de este problema.
La temperatura de descarga en un compresor, se ve prácticamente afectada por casi todos
los elementos y parámetros de un sistema, inclusive el refrigerante que se utilice.
La temperatura es el resultado de la generación de calor del compresor, el cual es
inevitable. Todos los procesos termodinámicos producen calor en forma natural, en el
compresor es debido principalmente a la fricción de sus partes, y a la energía de
compresión del refrigerante. Puesto que el punto mas caliente de un sistema de
refrigeración es en el puerto de descarga del cilindro del compresor, el efecto de la alta
temperatura es la pérdida de viscosidad o rompimiento molecular del aceite, las cuales
causan entre otros, la carbonización del plato de válvulas del compresor, acidez y
contaminantes que deterioran y tapan los filtros secadores del sistema, la excoriación de
las partes friccionantes (cilindro en su parte superior con los anillos del pistón),
ocasionado rebabas las cuales cortan el aislamiento de las bobinas del estator causando
cortocircuitos y quemaduras, etc. Estas partículas permanecen con el aceite del
compresor, causando que los bujes, chumaceras, el cedazo de la bomba de aceite se
tapa, disminuyendo el flujo de aceite necesario para la lubricación y enfriamiento del
compresor. El tremendo calor generado causa que las válvulas o Reeds de descarga del
plato se debiliten o ablanden, ocasionando fugas de gas o su rompedura, además
desgaste en los pernos de los pistones, etc.

Debido a la alta temperatura del aceite, y por lo tanto una disminución de su viscosidad, la
lubricación de chumaceras de bielas, bujes del cigüeñal, mecanismos de la bomba de
aceite, etc., se ven seriamente afectados, disminuyendo considerablemente la durabilidad
del compresor. El efecto de la alta temperatura de descarga, o SOBRECALENTAMIENTO
se hace más evidente en los sistemas de refrigeración de baja temperatura, aunque suele
suceder también en los sistemas, de aire acondicionado, y alta y media temperatura, por
ejemplo cuando en estos el condensador es pequeño, su presión de operación será alta, y
tendrá por lo tanto una alta temperatura de condensado A temperaturas internas el
descarga del cilindro de 160 C la película de lubricación es prácticamente evaporada como
el agua en un recipiente a 100 C. Muchos aceites hoy día son resistentes a la formación de
carbón, por lo que las fallas por exceso de temperatura de descarga son difíciles de
diagnosticar, pareciendo que el problema es de otro origen.

La mayoría de los aceites de refrigeración empiezan a carbonizarse alrededor de los 175
C, la situación puede ser peor, pudiendo ser esta temperatura menor con la presencia de
humedad y aire que se dejan dentro de los sistemas. Para estimar la temperatura en forma
aproximada en los puertos de descarga se puede proceder en la siguiente manera. Se
mide primero la temperatura en grados Celsius (°C) en la tubería de descarga del
compresor entre doce y quince centímetros de la salida del compresor, a esta temperatura

se le suma trece grados Celsius (C), y nos dará la temperatura aproximada en el puerto
de descarga. Normalmente si esta temperatura en la línea de descarga es de 135 C,
representa fallas. Si es de 120 C está en un nivel de peligro de falla. Si es de 105 C o
menor, se puede esperar una larga vida del compresor. Por otro lado la temperatura en si
del aceite es crítica, su viscosidad decrece mucho al aumentar su temperatura (arriba de
90 C es extremadamente peligroso), si la temperatura es menor, la vida del compresor
será mayor. Largos periodos del compresor con altas temperaturas de descarga (o
Sobrecalentamiento) , no solo tiene efectos nocivos en el compresor, sino en todo el
sistema de refrigeración, el aceite y el refrigerante se descomponen reaccionando
formando ácidos que a su vez vuelven a reaccionar, y así sucesivamente en cadena.

Las altas temperaturas de descarga (en el puerto) son ocasionadas por prácticamente casi
por cualquier problema en el sistema.

La Relación de Compresión de un compresor (RC), se define como la presión absoluta de
descarga entre la presión absoluta de succión.

La combinación de ambas presiones tendrá un efecto en la temperatura de
sobrecalentamiento en la descarga. El aumento de la RC propiciará un aumento en la
temperatura de descarga, por lo que una disminución de la presión de succión, y/o
aumento de la presión de descarga, aumentarán la temperatura de descarga. Como regla
la temperatura de descarga se reduce, aumentado la presión de succión.
En los sistemas de baja temperatura de evaporación (por ejemplo en congelación), la
elevada temperatura del gas de succión en el compresor, causará una elevada
temperatura en su descarga, por lo que es necesario aislar las tuberías de succión, y tratar
de mantener una temperatura de sobrecalentamiento total a la entrada al compresor de
10 C. Mantener una adecuada ventilación en las cabezas del compresor y su motor,
ayudan a bajar la temperatura de descarga, principalmente en estos sistemas de baja
temperatura.

Las causas de la baja presión de succión, son:
Línea de Succión obstruida con alta caída de presión; Filtros secadores de succión y de
líquido tapados; Pérdida del refrigerante; Válvula de Expansión mal ajustada ó
seleccionada; Tamaño evaporador, Tuberías y otras componentes equivocadas, Baja
carga térmica. Temperatura de Bulbo Húmedo. Volumen de aire en el evaporador (un 10%
menos de volumen de aire, será un 10% de menor carga térmica, y por lo tanto menor
presión.

Las cusas de la alta presión de descarga son:
Condensador Bloqueado ó sucio; Tubería de la línea de descarga pequeña; Ventilador del
condensador inoperativo; Carga de refrigerante excesiva; Aire o no condensables en el
sistema; Condensador pequeño.

Los sistemas de baja temperatura de evaporación con Refrigerante R-22 tienen severos
problemas, y requieren mucho cuidado en sus consideraciones de diseño, Si vemos la

tabla #1 siguiente, la que muestra algunas de las temperaturas típicas de descarga con
refrigerante R-22

Observando la tabla #1, las temperaturas de descarga para aplicaciones de baja
temperatura son inaceptables, no existe compresor que pueda manejar esta situación
durante la compresión, por lo que es esencial un medio de desobrecalentamiento en la
succión para llevar las temperaturas de succión a la mostrada en la última columna. Un
compresor con desobrecalentamiento es de mayor tamaño, ya que una menor presión de
succión requerirá un compresor de mayor tamaño. El uso de compresores de dos etapas
sería otra forma de resolver el problema cada una con baja relación de compresión, pero el
calor generado por su compresión tiene que ser removido en alguna forma, y se logra
desobrecalentándolo en la primera etapa. Ambos sistemas son prácticamente
equivalentes, siendo el sistema de dos etapas más costoso y un poco más complicado
inicialmente. En consecuencia el riesgo de probabilidad de falla existe tanto para el
compresor de dos etapas, como el de para una sola etapa Las altas temperaturas de
sobrecalentamiento en la descarga pueden ser controladas para compresores de una
etapa, con el sistema DEMAND COOLING de Copeland. Opera a temperaturas de
evaporación menores de 10 °F (12.2 C), inyectando líquido refrigerante dentro del
compresor en su succión, desobrcalentando el gas de succión a la temperatura deseada,
para obtener la temperatura de descarga dentro de límites seguros. El sistema DEMAND
COOLING usa un circuito de control electrónico para inyectar el líquido dentro del
compresor en su succión, solamente cuando se requiera, por lo que la eficiencia del
sistema es mayor comparada con los otros sistemas mecánicos de Desobrecalentamiento.
Se observa que el Refrigerante R-22 sigue siendo una magnifica elección para
aplicaciones de refrigeración de alta temperatura y para aire acondicionado, ya que estos
sistemas son de baja relación de compresión, y sus temperaturas de descarga son bajas
ver Tabla # 1, sin embargo es necesario observar para estas aplicaciones, los demás

elementos y componentes que operen correctamente y sean los adecuados.

Para los refrigerantes usados en refrigeración en media y baja temperatura de evaporación
(Ejemplo,- congelados, conservación baja, etc.) Hoy día se utilizan los refrigerantes
R404A, R507, mas apropiados para estas temperaturas, su capacidad (superior) en
Kcal./h (Btu/h) y sus presiones son del mismo orden del R22, siendo sus temperaturas de
descarga en los cilindros menores que las del R-22, para la misma aplicación.
La Tabla # 2 nos muestra algunos valores de temperatura de operación para refrigerantes
R404A y R507, comparados con los de la Tabla # 1

REGISTRATE EN FOROFRIO

Control y monitoreo de sistemas HVAC

REGISTRATE EN FOROFRIO

 

 

Control y monitoreo de sistemas HVAC

 

• Share

Diversas empresas usan tecnología que, con la ayuda de control y monitoreo precisos, puede supervisar el estado de los elementos que interactúan en un proceso en tiempo real.
Mucho se dice con respecto al uso de sistemas inteligentes de aire acondicionado, del ahorro energético y de las estrategias que contribuyen a mejorar la interacción de dichos sistemas con el medioambiente. La supervisión de su consumo total y uso correcto son dos factores fundamentales para continuar por el sendero del gasto responsable, los cuales pueden llevarse a los mejores niveles mediante estas técnicas.
Redacción.
El monitoreo de los equipos HVAC facilita al operador visualizar los parámetros de un proceso, ya sea residencial, comercial o industrial, así como la obtención de gráficos y tendencias de consumo para cada equipo monitoreado, con un objetivo: obtener ahorros; es decir, controlar el gasto por operación y el mantenimiento requerido.
Un sistema de aire acondicionado está compuesto por distintos dispositivos comunicados, que se enlazan a una red y se monitorean desde una computadora o una estación. Esto nos permite controlar, supervisar y mantener la comodidad de los ocupantes de un recinto, o la eficacia de un proceso si hablamos de aire acondicionado para oficinas, hoteles, centros comerciales, farmacéuticas, cuartos de hospitales o laboratorios.
A partir de eso, surge la necesidad de establecer un método de observación para la función de los sistemas. Ésta se resume en cuatro puntos: administración, operatividad, comodidad y ahorro de energía.
La administración, a grandes rasgos, analiza las condiciones actuales de consumo. Con base en ellas, ejecuta acciones para obtener la máxima eficiencia de los equipos; es decir, aprovecharlos al ciento por ciento y de la mejor manera posible. Dicho de otra forma: si se ocupa un equipo al 50 por ciento de su capacidad, el control establecerá que el equipo sólo trabaje exactamente 50 por ciento. Se ocupa lo que se requiere y se obtiene lo que se necesita.
El ahorro energético se enfoca en que los sistemas empleados consuman sólo la cantidad de electricidad necesaria para funcionar adecuadamente. Para lograrlo, se deben fabricar controles que respondan a las necesidades cada vez más precisas del mercado. El control debe garantizar a los usuarios que ahorrarán energía; de otro modo, prescindirá de usarlo. En otras palabras, el ahorro se cuantifica por metro mediante la medición y recopilación de datos de consumo en cada uno de los equipos instalados dentro de recintos específicos: consumo claro y preciso. De igual forma, la operación de los sistemas de control debe ser sencillo y no presentar dudas para el cliente, que ya ha dado el paso importante: buscar un consumo responsable.
Es aquí donde se vuelve importante la operatividad, ya que la facilidad y practicidad en el manejo de los sistemas fomentarán su difusión. Si el equipo presenta dificultades al usuario, de modo que se vuelve más un problema que una solución, no llegará a representar una opción para mejorar el funcionamiento de los sistemas HVAC. En cambio, si la claridad del manejo está al alcance de los usuarios como una característica imprescindible, tomada en cuenta desde el diseño por el fabricante, la implementación de sistemas de monitoreo será cada vez una práctica más cotidiana.
Al lograr que sea fácil y práctico, la comodidad está casi implícita. El consumo necesario, la máxima eficiencia y el uso apropiado brindan condiciones de confort a los usuarios, pues no vuelven a enfrentarse con espacios mal climatizados por sistemas que permanecen funcionando sin necesidad o dejan de hacerlo cuando son necesarios. Monitorear y establecer esquemas de trabajo para los equipos diluye la dificultad. Del mismo modo, como los equipos se encuentran trabajando del modo que el cliente requiere, las inquietudes financieras y la ascendente preocupación por dañar lo menos posible las condiciones ambientales se disuelven, brindando sosiego a los usuarios, lo que equivale a mayor comodidad.
Básicamente, todo está orientado hacia la funcionalidad de los sistemas. La operatividad, entonces, se definiría como una práctica que consiste en minimizar los tiempos muertos de cada equipo, la detección de fallas de manera oportuna, así como el programa de mantenimiento del sistema. Gracias a la implementación de sistemas de control, se pueden detectar los problemas que ocurren, desde una central, sin tener la necesidad de buscar exhaustivamente en toda la instalación para hallar el punto preciso en dónde se encuentra el desperfecto, puesto que el sistema de sensores que está monitoreando cada una de las máquinas indica el lugar exacto de la falla.
A cada uno de ellos es posible instalarle una alarma, un punto de demanda que, si se llega a superar o a operar por debajo de él, manda una señal de alerta que especifica cuál sensor está activado y dónde está ubicado. Entonces, no existe la necesidad de enviar una cuadrilla de dos personas o más para que recorran todo el sistema y encuentren el origen de la falla. Sólo es preciso enviar a uno que sabrá de antemano hacia dónde dirigirse para verificar qué ocurre y el estado del equipo. El tiempo que antes se emplearía en la detección del desperfecto, por tanto, se puede utilizar para reparar la falla, dar mantenimiento o cualquier otra labor más relevante para conservar de la mejor manera las condiciones operativas del sistema entero. Se estará haciendo más eficiente la labor del recurso humano.
Paulatinamente, los sistemas de monitoreo y control han ido ganando terreno gracias a los beneficios apenas descritos. El ingeniero Isael Juárez, de Dominion Industrial, comenta cuándo y cómo surge su uso: “Hace dos décadas empezó el monitoreo del aire acondicionado. No había conciencia de que el AA en un edificio, en un comercio –fuera la aplicación que fuera–, implicaba un gasto energético considerable: entre 40 y 50 por ciento del consumo total. Antes, muy rara era la persona que analizaba este tipo de situaciones: qué insumos tiene, cuánto gasta el edificio y ver cómo puede reducir los gastos, los cuales en muchas áreas, en la actualidad, se siguen teniendo.”
A pesar de esto, los dividendos que pueden obtenerse si se implementan estos sistemas aún no se comprenden en su totalidad, lo que deriva en clientes que eluden su uso: “Voy a establecimientos comerciales, como gimnasios, y les explico en qué consisten los sistemas de control; todos dicen que está muy bien pero que no aplica, porque ‘necesitamos algo muy sencillo’, y eso del control no lo ven costeable. El asunto es que no sólo se trata del aire acondicionado. Ahora se pueden integrar más sistemas.”
Uno de los problemas que más preocupa a los usuarios es el consumo energético del AA; sin embargo, es el que menos se atiende. Regularmente, la instalación se enfoca en cuánto espacio va a ocupar, cómo se va a ver en el sitio y cuánto va a costar. El rendimiento eléctrico debe considerarse como un punto importante cuando se piensa en el costo del equipo, pues a la larga es donde dichos sistemas se tornan más caros, además de los problemas adicionales que puede acarrear el gasto eléctrico irresponsable. “Les pregunto si tienen multas por parte de la CFE y responden que sí.
Todos tienen problemas porque no cuentan con una regulación del consumo de energía y sobrepasan los límites de consumo que establece la CFE; a eso le llamamos control de demanda máxima”, explica el ingeniero Juárez.
Se le conoce como demanda máxima al límite establecido en el contrato de servicio con CFE. Dependerá del tipo de línea que se contrate (casa habitación, edifico, comercio, industria). El contrato establece que el usuario no debe sobrepasar la demanda máxima especificada. Si se rebasa el límite, será acreedor a una multa por cada ocasión que se exceda. Cuando las multas se acumulan, la Comisión anula el contrato y establece otro con mayor capacidad de consumo.
El asunto es que la tarifa se incrementa, y los usuarios no contemplan el coste que propiciará tal modificación, el cual siempre es mucho mayor. “Una de las prioridades de estos sistemas –señala Juárez– es controlar esa parte: la demanda máxima. Se establecen estrategias que se programan en el controlador, que, auxiliado por medidores de energía, mide el consumo. En condiciones normales, cuando enciendo el sistema, todos los equipos se encienden y se origina un pico en el consumo; ese pico generará multas. Con el control, hago que los equipos se enciendan por etapas, no de un sólo golpe.”
El control y el monitoreo son más comúnmente usados en oficinas comerciales, hospitales e industrias, por el tipo de consumo generado en esos sitios y para ajustar sistemas más antiguos a las demandas actuales de las edificaciones. “Manejamos una aplicación interesante en cuanto a edificios ya existentes, cuyo sistema de aire acondicionado no ofrece las condiciones de confort necesarias, puesto que se diseñó en una época en la que no había computadoras y las cargas térmicas han variado. Aplicamos nuestra experiencia en equipos y controles de sistemas, platicamos con el cliente sobre su requerimiento y le mostramos un reemplazo para sus equipos”, señala el ingeniero Gerardo Sánchez, gerente de Sistemas de Automatización de Edificios para Trane México.
Cuando se intercambia un equipo o una serie de ellos, el monto financiero que el usuario debe aportar, la mayoría de las veces, supera su presupuesto. Aun así, el ingeniero Sánchez señala que, “en cuanto al retorno de inversión, se logran significativos ahorros de energía con la misma calidad de confort. El precio total que va a pagar es, a final de cuentas, una solución financiera.”

Los constantes cambios tecnológicos y el creciente mercado competitivo han orillado a la industria a mejorar las técnicas de control

Estrategias que generan ahorro
Al utilizar un control para horarios, los equipos trabajarán sólo cuando se requiera y se proporcionará confort. “En el aire acondicionado es común arrancar los sistemas antes de que sea ocupado un espacio para que cuando lleguen los usuarios el lugar provea comodidad. Habrá ocasiones en que el usuario quiera ajustar la temperatura a su horario de trabajo. Esto lo puede realizar desde un celular inteligente con red a internet.
”Además del control por horario, pueden emplearse otras estrategias, dependiendo del tipo de sistema de aire acondicionado, que nos permitirán disponer de la capacidad de aire que se requiera en determinado momento; ahí es donde se producirá el ahorro importante. Dado que el sistema de AA en los edificios comerciales representa en operación entre 35 y 50 por ciento del total del consumo eléctrico, este tipo de control permitirá incidir de manera más significativa en la reducción de la carga por operación”, menciona Gerardo Sánchez.
Los avances en las tecnologías de la información y accesibilidad brindan una herramienta más a los sistemas de control y monitoreo, a través de las cuales se puede supervisar constantemente y a distancia el funcionamiento de los equipos de AA. Por lo general, el fabricante de los equipos de control tiene sus propias soluciones independientes y cuenta con algunas que son compatibles con las demás, llamadas soluciones abiertas o soluciones cerradas.
En otros términos, se diría que son las estrategias generadas por el operador o el usuario las que dan origen al ahorro buscado, pues, como describe el ingeniero Isael Juárez, “El concepto en sí de lo que sería un sistema de control no existe en ninguna literatura, porque todos lo interpretan de diferentes maneras. Un técnico o un ingeniero conciben a un sistema de control de aire acondicionado desde el punto de vista operativo: los controles, los sensores y lo que controlas si hay un monitoreo; en cambio, si quien lo piensa es la parte de gerencia, se trata de un sistema de control que comprende esos elementos, pero que me llevan a un objetivo, que es obtener ahorro, controlar los gastos de operación, mejorar y disminuir la demanda de mantenimiento, etc. En otras palabras, son diferentes visiones dependiendo de quién lo ve”.
Desde su perspectiva, Juárez concibe a los sistemas de control como soluciones integrales. “No se trata de un producto, porque lo componen varios dispositivos comunicados mediante un bus de comunicación o de una red, que es lo interesante de esto. Todos los dispositivos se enlazan a una red de comunicación y los podemos monitorear desde una computadora, desde una central o desde una estación. Las plataformas son las estaciones de trabajo.”

Los horarios programados establecen la temperatura en el nivel más apropiado cuando se detecta la presencia o ausencia de ocupantes en un sitio determinado

Cada desarrollador planea y da origen a este tipo de tecnologías, las cuales están prácticamente estandarizadas para su uso en todo el planeta. Se trata de una situación similar a la que experimentan los sistemas operativos de las computadoras comunes, que utilizan, en general, las plataformas de Microsoft o Macintosh como base principal, pero después van añadiendo elementos compatibles para adaptarse a las necesidades de cada usuario específico. Del mismo modo, las plataformas para el control de AA se planean con esta visión global y facilidad de adaptación, además de que se actualizan constantemente –digamos, cada uno o dos años–, tal  y como sucede con las computadoras ordinarias. Los avances que se logren, independientemente de la empresa que los desarrolle, se implementarán en la mayoría de las plataformas para mejorar su sistema operativo y, por tanto, la eficacia de los sistemas de control y monitoreo.
En la mayoría, existe la tendencia hacia la comunicación vía web. Sobre el explorador de la red se escribe una dirección que permite ingresar en el sistema por medio de la PC, que es lo más común. Una vez ahí, se puede enlazar al sistema y configurar sus horarios. Dicha página web la ocupan las personas encargadas de la ingeniería. Para la gente de la planta o del edificio, se establece una aplicación más o menos similar, que cuenta con mayor número de gráficos en lo que sería, propiamente, una página de internet. En ella se encontrarán los diferentes dispositivos. La función de programación le permite al usuario establecer los horarios de trabajo, de manera que puede asignar horarios corridos e incluso intermedios.
Otra de las razones por la que se ha establecido una plataforma vía internet es prescindir de una pantalla en casa o en el lugar donde se instalan los sistemas de AA que muestren el monitoreo constante. “Entre todos los fabricantes –apunta Gerardo Sánchez–, existe una tendencia destacable a que en todas las interfaces no se tenga una pantalla, una computadora a un lado donde está el tablero o el sistema, exclusiva para monitorear ese sistema, sino que, ahora, se envía todo por web. Desde cualquier computadora, puedo ingresar en el sistema y realizar cambios, ya sea en horarios, o ya sea que fuerce a algún equipo a activarse y que quede fuera de lo que serían las estrategias que le impuse.”
Este tipo de plataformas requiere que el usuario cuente con una contraseña de acceso para poder monitorear él mismo el consumo registrado de cada uno de sus equipos; el instalador se encargará de brindar tales claves para mantener al usuario informado del trabajo de sus sistemas.
Si bien es cierto que la tendencia hacia el control del AA se ha ido extendiendo y ha evolucionado, pues su principal objetivo es ahorrar energía, el porcentaje de ahorro no va a ser siempre el mismo para todas las empresas; los porcentajes no pueden generalizarse. Cada zona geográfica, cada edificación, cada sistema arrojará diferentes resultados, pues sus características son distintas.
La mayor importancia del control y monitoreo radica en la cuestión económica, principalmente, y en la parte de la comodidad. “En una oficina, garantizo el confort de los usuarios en términos de AA y de iluminación; con estos elementos, la productividad de la gente se va a incrementar. Por otro lado, la eficiencia de estos sistemas está creciendo y convergiendo igual que otras ramas de la automatización hacia las tecnologías IP, hacia las ciencias de las comunicaciones entre diversos tipos de cómputo”, ejemplifica el ingeniero Jorge Hagg, gerente de Desarrollo de Negocios de Buildings para Schneider Electric y presidente del Instituto Mexicano del Edificio Inteligente (IMEI).
La administración remota se ha venido posicionando con importancia innegable, pues hace posible el control total de las instalaciones, permitiendo evaluar, configurar y almacenar continuamente información de temperatura, humedad, tiempo, presión y voltaje. Con una base de datos de este calibre, el usuario o el operador están posibilitados para modificar los parámetros de los controladores con total seguridad y precisión. Incluso, les permite obtener gráficos e informes detallados, enviar mensajes de alerta a direcciones electrónicas o teléfonos celulares, en caso de que los parámetros se encuentren en desacuerdo con los límites estipulados por el usuario, entre otras acciones.
Jorge Hagg explica de manera simple el tipo de proceso para monitorear y controlar sistemas: “Hay varias formas de hacerlo. Imaginemos un ciclo cerrado. La primera parte del ciclo es donde se produce el AA, ya sea calefacción en época de invierno o aire frío. Ese aire lo genera una máquina desde una azotea o una ventana, y lo distribuye por el edificio. El AA debe llevar cierta presión, nivel de temperatura y de humedad, los cuales, dependiendo de las condiciones y la ubicación geográfica, van a variar. Si estoy en un lugar donde se manejan equipos electrónicos o papel, los niveles tienen que ser los más bajos posibles. Si es una zona comercial, quizás conviene un ambiente poco húmedo para garantizar el confort de los usuarios y que no sea un aire tan seco.
”Ahora, ese aire se va a mezclar en un cuarto o en varios cuartos con un aire existente. En algunas ocasiones, puedo medir el nivel de concentración de CO2 o simplemente las diferencias de temperatura en los extremos del cuarto para saber si necesito inyectar más o menos cantidad de aire para que la temperatura de ese cuarto sea más homogénea. Entonces, requiero de un par de termostatos o, dependiendo del números de cuartos, un mayor número de termostatos que estén censando la temperatura de esa habitación.”
Debido a la gran cantidad de variaciones que se están gestando en la actualidad, a lo largo y ancho del planeta, como el tan sonado cambio climático, la economía mundial está sufriendo diversas transformaciones. Por tal razón, todos tenemos que adaptarnos; lo que no excluye a los equipos computarizados. Todo va de la mano porque la sostenibilidad de un edificio, de un comercio, de una plaza no se logra cambiando un equipo o simplemente apagando las luces. Se requiere de un conjunto de elementos que se deben tomar en consideración para realmente lograr que los sistemas sean amigables con el medioambiente, sean autosuficientes, maximicen sus recursos y hagan un uso racional de los recursos energéticos.
“Porque también en ese sentido estamos en crisis; básicamente, con los combustibles. Esta parte de la sostenibilidad pretende que logremos, además de la administración de todo un edificio, que ese edificio integre tecnologías alternativas, como las energías renovables. En este rubro, lo más común es la parte de los paneles solares, calefactores solares, el uso de materiales que ayudan a potenciar la parte de la energía. Básicamente, en la época en la que estamos, debemos de eficientarlo todo: captación de agua, energías verdes. Ahora está muy sonado lo que es la huella de carbono; es decir, cuánto estoy colaborando con el medioambiente. Es una estimación que se hace para evaluar cuántas emisiones de CO₂ estoy evitando que se liberen hacia la atmósfera”, enfatiza Hagg.
En tal sentido, el sistema en cuestión estará monitoreando el trabajo y la cantidad de energía consumida por cada uno de los equipos empleados en un espacio; esto le permitirá al usuario fabricar estrategias. Por el lado de las energías alternativas, éstas colaborarán a que se maximice el funcionamiento y se ocupen en menor cantidad los recursos que son más costosos; por ejemplo, si se implementa el empleo de paneles solares, la dependencia del usuario del suministro de energía de la red nacional se verá disminuido, pues estará generando parte de su energía; inclusive, el total de ella. Todos los sistemas estarán consumiendo menos y de forma más eficiente.
En cuanto al ahorro por medio del control y monitoreo, son varias estrategias, desde la demanda máxima, los sensores, los horarios de uso. Se trata de una serie de maniobras que requieren estrategias de control diseñadas específicamente y que se programan en el mismo sistema. En dado caso que se llegara a presentar una situación de demanda máxima, la programación del sistema permite tomar la acción correspondiente para contrarrestar el suceso y evitar que se exceda el límite de consumo. Asimismo, el sistema sabrá qué acción aplicar en caso de que el sistema no tenga o quede fuera del horario de operación. El objetivo es, básicamente, disminuir el consumo energético que, muchas veces por descuido, estamos desperdiciando.
Aplicación y usuarios
Así pues, mediante el control se programa un rango ligeramente por debajo del límite establecido en el contrato de energía. Cuando el consumo se esté acercando demasiado al límite, el sistema pondrá en acción una estrategia de control que el propio instalador ha establecido, desde el momento en que elaboró su plan de ingeniería de programación. Con tal plan, se evita la necesidad de apagar todos los equipos cuando se presente una situación de este tipo. El sistema permite seguir una lógica razonable que consiste en hacer en todas las áreas una discriminación o categorizarlas: cuáles son prioritarias; cuáles, las que nunca deben apagarse porque son las zonas críticas, o es la oficina del gerente, etc., y cuáles son las menos fundamentales, en las que se puede, de una u otra manera, sacrificar uno, dos o más grados de confort. “Con base en eso hago un listado y hago grupos. Cuando estoy alcanzando mi punto de demanda máxima, pongo en marcha la estrategia. En las áreas que considero menos importantes, se empieza a hacer un ciclo de encendido y apagado de los equipos. De manera continua se van ciclando, de modo que baje mi consumo de energía; pero, también, que en esas áreas no se castigue demasiado el confort. Con esta maniobra, el consumo se va a mantener o se va a reducir, y no llegaré a sobrepasar el límite de demanda”, especifica Hagg.
Por otro lado, si el sistema es incapaz de poner en acción la estrategia planeada con anterioridad, debido a cualquier falla, las señales de alarma establecidas se activarán y serán enviadas a la estación de control. En cualquiera de los dos casos, se consigue hacer más eficientes los procesos de cada equipo y lograr que el consumo total – llámese electricidad, refrigerante, agua, etc. – arroje registros menores de los que se presentarían si el sistema no estuviera monitoreado.
Para un usuario, saber que si introduce una estrategia de control de demanda, se ahorrará todas las penalizaciones de CFE, es un primer punto de gran valía. Cuando se está consciente de eso, el sistema de control y monitoreo se torna interesante. Por otro lado, si se le explica al usuario que con un equipo de operación remota se diluyen las inevitables fallas y errores humanos, además de los descuidos por olvido (lo más típico, se nos olvida apagarlo alguna vez o a la hora de la comida, por prisas, etc.), se da cuenta de lo útil que resulta tener un sistema programado. En vez de generar gastos adicionales por malos funcionamientos o por el uso de equipos no requeridos, se eliminan tales posibilidades.
Para lograr esos resultados, se recurre a dos puntos importantes. Uno, el uso de sensores de presencia que detectan cuando una persona se encuentra en determinado sitio, de modo que se active el aire acondicionado y opere de manera normal; en caso contrario, el sistema se instala en modo de energía. Otro son los horarios de operación, en los cuales la calendarización, generalmente semanal, brinda libertades para especificar una rutina normal de oficina: que de 8 a 2 de la tarde el equipo se ponga en operación; de 2 a 3, en desocupación. Es decir, que no trabaje cuando no sea necesario.
El uso de equipos para el control y monitoreo se ha difundido mediante diversas fuentes. Universidades, asociaciones (como AMERIC, IMEI, ASHRAE, NFPA) y foros especializados para contratistas e instaladores han participado en la difusión de un sistema que brinda seguridad para suprimir el problema de consumo excesivo que presentan los sistemas AA.
Un edificio que cuenta con este tipo de tecnología es la Torre Mayor, en la Ciudad de México. Todo el sistema se puede controlar apretando un solo botón; incluso, puede funcionar por sí solo. Uno más es el edificio HSBC de Paseo de la Reforma. En este caso se utilizó un sistema automatizado por Schneider Electric. Se usaron fichas con control de acceso, el control del aire acondicionado y se programó de acuerdo con cierto patrón de desempeño del edificio.
“En general –redunda Hagg–, la tendencia es utilizar protocolos de comunicación o lenguajes de comunicación más abiertos; es decir, redes internas que usen el correo electrónico o, tal vez, el teléfono dentro de la oficina. Funciona en integración con los sistemas de los componentes de los sistemas de control para poder tener sistemas de monitoreo continuo

REGISTRATE EN FOROFRIO

EL VACÍO EN LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN Y AIRE CONDICIONADO

REGISTRATE EN FOROFRIO

 

EL VACÍO EN LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN

 Y AIRE CONDICIONADO

La razón de hacer un alto vacío en los sistemas de enfriamiento, de refrigeración y aire acondicionado, es para eliminar los gases no deseables, principalmente el aire y el vapor de agua (humedad).

 El aire como otros gases, en condicionas normales son no-condensables, y por lo general
en un sistema de enfriamiento son atrapados en el lado de alta presión, principalmente en
el condensador, debido a que el liquido (subenfriado), sella la salida en la parte de abajo,
evitando así el paso del aire. Este aire reduce el área efectiva de disipación de calor del
condensador, ocasionando una pérdida de capacidad (Btu/h) del sistema).

 La presión total de lado de alta, a una temperatura determinada, será la suma de: la
presión parcial del refrigerante, mas la presión parcial del aire (y no-condensables), (ley de
Dalton: que nos dice que a una temperatura, la presión total de una mezcla de gases., es
igual a la suma de las presiones parciales de cada una de sus componentes), por lo tanto,
la presión total de descarga es superior a la que debería de ser cuando no existiese aire
en el sistema. Esta elevación de presión de descarga, causará otra pérdida adicional de
capacidad. Desafortunadamente la reducción en Potencia eléctrica (W) del compresor no
disminuye en la misma proporción que la capacidad, la reducción de potencia es en menor
proporción, por lo que la eficiencia de operación disminuye (Btu / kW-h.), traduciéndose
en aun mayor costo de operación. La pérdida de capacidad es del orden de 3.0 % a 4.0 %
por cada 10.0 psi de aumento de presión.

Por otro lado para lograr una carga térmica en particular, será necesario mantener el
compresor operando más tiempo, ya que debido a su mayor presión de descarga su
capacidad es menor, por lo que su tiempo de enfriamiento será mayor. El costo de la
energía por este tiempo adicional de operación, será necesario sumarlo al costo por
ineficiencia, y al costo por reducción en área efectiva de transmisión de calor del
condensador.

Aun peor, esta situación de elevación de la presión de descarga, por dejar aire o nocondensables
en un sistema, nos ocasiona un aumento en la “Relación de Compresión”
del compresor, la que a su vez nos causa una disminución en su eficiencia volumétrica,
ocasionando un menor bombeo de gas, con su consecuente merma en su capacidad.

La alta presión del gas nos trae consigo una elevada temperatura de descarga, la que
deteriora el aceite (disminución de su viscosidad), y es la que quema el plato de válvulas
del compresor. A estas elevadas temperaturas, el oxigeno del aire, y la humedad,
reaccionan con el aceite creando substancias orgánicas sólidas. Esta reacción sucede
normalmente en el puerto de descarga del plato de válvulas, que es el punto de mayor
temperatura del ciclo térmico.

Eliminar en un sistema el aire y gases no-condensables mediante una bomba de vacío, se
denomina Desgasificar. Eliminar el “vapor de agua” se denomina Deshidratación. En la
industria de la refrigeración y aire acondicionado, la eliminación del aire, mas el vapor de
agua o humedad, se denomina Evacuación.

 El agua es un solvente conocido, se considera un líquido inofensivo, y puede ser un serio
dolor de cabeza, sino es manejada adecuadamente. Como sabemos todo el aire que nos
rodea contiene agua en forma de vapor. La relación del volumen del agua entre el
volumen de aire atmosférico, se mide comúnmente en términos de humedad específica o
Humedad Relativa.

 La humedad puede entrar al sistema de refrigeración ó A/A, por una pequeña abertura,
rotura, por prácticas inadecuadas de servicio, etc., o llevadas por el aceite o el refrigerante,
o por excesiva temperatura.

El arco eléctrico durante la quemadura de un motor, causa un ambiente oxidante grande, y
con la mezcla aceite–refrigerante (y elevada temperatura), se descomponen en agua y
ácidos corrosivos, esta humedad será necesario removerla al reparar un sistema y el
compresor.

 El refrigerante transporta la humedad a través del sistema, hasta que llega a la válvula de
expansión donde experimenta una caída de presión, si la presión decrece a un valor que
corresponda a la solidificación del agua (a menos de cero grados Celsius), esta se vuelve
cristales de hielo presentándose el congelamiento del agua en la válvula, restringiendo el
flujo de refrigerante a través de esta, y en esta forma causando también una reducción ó
completamente la pérdida de enfriamiento del sistema. Esta restricción causa que actué el
control de baja presión, o el control de sobrecarga, apagando al compresor. Cuando el
compresor no opera, el hielo en la válvula se derrite, y esta situación se repite
sucesivamente, y habrá ciclos de arranques y paros del compresor, los cuales es bien
sabido el daño que causan.

Aunque en la válvula de expansión no ocurriese el congelamiento del agua, en el sistema
se producen ácidos, sedimentos, oxidación, y corrosión, debidos a la mezcla de vapor de
agua, calor excesivo, aceite, y refrigerante, los que lo dañaran seriamente al sistema de
enfriamiento. Cuando la humedad, refrigerante, y calor, están presentes, sin duda alguna
habrá acidez en el sistema. El calor (o la temperatura), es el catalizador en la reacción
química, entre mayor sea la temperatura, la reacción es mas rápida y de mayor proporción.
(La reacción química es directamente proporcional a la temperatura) Por ejemplo con R-22
que contiene un cloro en su molécula, entre mayor sea la temperatura, más es el aumento
de formación del ácido clorhídrico. Cuando este ácido es llevado a través del sistema, va
descomponiendo el aceite, reaccionando y produciendo sedimentos junto con ácidos
orgánicos.

 Los sedimentos son una mezcla de agua, aceite, y ácido, pueden tomar la forma de
sólidos pegajosos, sólidos pastosos, líquidos aceitosos espesos, etc. Deterioran el aceite,

 haciéndole perder su viscosidad, causándole al compresor daños mecánicos muy
severos. Tienden a acumularse en el punto más caliente, que suele ser la descarga del
cilindro en el plato de válvulas, ocasionado que estas pierdan su asentamiento y no sellen.
Al no cerrar las válvulas, el vapor es forzado a pasar por una pequeña hendidura u orificio,
pasando a una gran velocidad, creando una fricción, lo que hace elevar la temperatura aun
más, en el orden de 500°C. Los sedimentos y la corrosión, causan que los elementos de
expansión, los filtros, los deshidratadores, los cedazos, se tapen y funcionen mal. Un
punto que se debe de entender es que el aceite de refrigeración tiene una gran afinidad
por el vapor de agua y el refrigerante, esta atracción es debida a que la presión de vapor
del aceite es muy baja en comparación con la del refrigerante y la del vapor de agua.

 Hoy día con el advenimiento de los nuevos refrigerantes HFC, se requiere aceites del tipo
Éster para los sistemas de enfriamiento. Las curvas de la Fig. #1, nos muestran el
comportamiento de los aceites en relación a su higroscopicidad, o como absorben la
humedad v/s el tiempo. Se puede observar que el aceite Poliolester (POE) absorbe
bastante la humedad en pocas horas, pues es altamente higroscópico, por lo que se
requieren nuevos procedimientos en su manejo, contenedores especiales de metal, ya que
los de plástico son permeables a la humedad. No usar POE con un contenido de humedad
mayor de 100 PPM (partes por millón). Se tendrá un cuidado extremo en no exponerlo en
ambientes húmedos. Se entiende que el valor de 100 PPM se reducirá posteriormente en
el sistema en operación, mediante filtros deshidratadores apropiados para POE, con una
absorción de humedad máxima y alta filtración, para obtener un límite máximo de
humedad en el aceite de 50 PPM.Cuando el contenido de humedad es alto, como suele
suceder en el caso en los aceites POE, existe el fenómeno de hidrólisis en la tuberías y
componentes de cobre, en el que este es arrastrado hasta el compresor, donde las partes
internas de este se encobran, incluyendo bujes, chumaceras, y cuerpo interno del
compresor, causando cambios en los acabados y tolerancias, ocasionando la falla del tren
mecánico del compresor (las partes se amarran).

 HIGROSCOPICIDAD DE LOS ACEITES
POLIOLESTER, MINERAL, Y ALKIL BENCENO, A 20 °C
HUMEDAD RELATIVA DE 50%

 Una vez que la humedad se encuentre en el sistema de enfriamiento la forma de
disminuirla es con la utilización de Filtros Deshidratadores marca Emerson. En la Línea
de Líquido: Modelos EK y TD que son de máxima protección para el compresor y Válvula
de Expansión, eliminan los ácidos, la humedad, y las partículas, compatible con los aceites
POE, Mineral y alkilbenceno así como con todos los refrigerantes actuales
Y en la Línea de Succión el Modelo SFD para la protección del compresor, la limpieza del
sistema debida a quemaduras, y reparaciones mayores, de una muy baja caída de
presión. Modelo ASK-HH, para la retención de sedimentos, ácidos, y humedad y para
protección del compresor, de una muy baja caída de presión, y compatibles con los aceites
POE, Mineral y Alkilbenceno así como con todos los refrigerantes actuales.

 Por lo tanto la única manera de eliminar de un sistema de enfriamiento, el vapor de agua,
el aire, y gases no condensables, es iniciarse mediante un buen procedimiento de
Evacuación, con el uso de una bomba de Alto Vacío. Cuando se han formado sedimentos
y contaminantes sólidos, se debe proceder a la limpieza mediante el uso de filtros
deshidratadores adecuados de mayor tamaño, que remuevan los sólidos y sedimentos, ya
que las bombas de alto vacío no están diseñadas para eso. En otras palabras la
Evacuación no toma el lugar de los filtros deshidratadores de las líneas de líquido y de
succión.

Presión Atmosférica
La atmósfera compuesta de gases (O2, N, etc.), su peso sobre la tierra crea la Presión
Atmosférica. En un lugar dado la presión atmosférica es relativamente constante. La
presión atmosférica al nivel del mar se ha establecido en forma universal de 1.03
kilogramos sobre centímetro cuadrado (=14.7 libras sobre pulgada cuadrada), cuyo
equivalente es la presión causada por una columna de mercurio de:
759.968.0 micrones (μ)Hg. = 760.0 milímetros Hg =29.92 pg. Hg
A otras elevaciones mayores del nivel del mar la presión va disminuyendo de acuerdo a la
altitud. Por ejemplo a una elevación de 1500 m., la presión es de 0.88 kg /cm2 a, ó 28.84
pg. de mercurio, ó 12.2 lb. /pg2 a (psia)

 Presión Absoluta.
Es la presión existente arriba del vacío perfecto. Se expresa en kg /cm2a ó en lb. /pg2a
(psia), y para propósitos de efectuar una evacuación es conveniente y práctico expresarla
en Micrones de mercurio (Ver Tabla en Fig. 2

Presión Manométrica. Un manómetro cuando no esta conectado a un recipiente con
presión, está calibrado para medir 0 (cero) psig, O sea un manómetro para refrigerante
está calibrado a partir de cero, en sus valores positivos en libras sobre pulgada cuadrada
(manométrica) psig, o en kilogramos sobre centímetro cuadrado kg /cm2 g. Para sus
lecturas o valores negativos ó VACÍO, está calibrado en pulgadas y milímetros de mercurio
(Ver Tabla en Fig. 2)
La Presión Absoluta de un recipiente o sistema, es su presión manométrica, más la
presión atmosférica del lugar donde se determina. La presión manométrica es relativa de
la presión absoluta.

El Micrón
(También Micra), Es una unidad lineal de medida, es la millonésima parte del metro (m), ó
también la milésima parte del milímetro (mm.). Se abrevia con la letra griega Mu (μ).
Como la Pulgada es 25.4 mm. , será igual a 25400.0 micrones. Es importante mencionar,
cuándo se habla de Micrones, se entienden como presión absoluta total, diferente a lo que
se entiende de los conceptos Presión Manométrica y Vacío.
El Micrón es una dimensión muy pequeña y por lo tanto usada cuando se desea mucha
precisión, lo que no es posible hacer con un manómetro normal (del tipo de Bourdon), que
usa la presión atmosférica como punto de referencia, la que constantemente está
cambiando durante el día, la presión barométrica cambia con la temperatura ambiente.
Se requiere un instrumento que mida en la ultima pulgada más baja de presión (en el
rango 28.9 pg, a 29.92 pg. de Vacío), ver Fig. 2. Por lo que se requiere un manómetro de
presión capaz de leer con precisión micrones, y del orden de 28.2 a 29,2 pg de muy alto
vacío.

EVACUACIÓN
Un sistema de enfriamiento ya sea nuevo, o que se haya reparado, requiere ser evacuado
para eliminar el aire, no condensables, y la humedad.
Dos métodos de evacuación son usados:
A.- El método del muy Alto Vacío
B.- El método de Triple Evacuación.

Se piensa en una gran mayoría de casos, que una bomba de vacío puede succionar
partículas líquidas de humedad de un sistema. Esto es incorrecto.
Aun existiendo humedad internamente en un sistema de enfriamiento, existe como líquido
y vapor. Lo que realmente sucede ver Fig. 2, se es que la presión del agua se reduce
hasta su punto de ebullición a su temperatura correspondiente. Por ejemplo, el agua
hierve o vaporiza a 100 °C (212 °F) a la presión atmosférica de 14,7 psia (0 psig. Se
requeriría para que toda la humedad o líquido dentro del sistema de enfriamiento se
evaporara, que estuviese a 100 °C (212 °F), la cual no es una temperatura normal. Para
evaporar (hervir) el agua dentro de un sistema de enfriamiento a temperaturas menores
normales, se requeriría reducir la presión. Si se baja en forma significativa toda el agua se
puede vaporizar, y entonces, si poderse extraer mediante una bomba de vacío, y así ser
expulsada a la atmósfera

Al reducir la presión interna, se reduce la temperatura de ebullición, referirse a la Fig. 2,.
Se puede ver por ejemplo si la presión interna se reduce a 1.006 psia (27.75 pg. Hg. de
vacío), el agua dentro del sistema hervirá a 40 C (104 F), el sistema deberá estar a esta
temperatura ambiente para que la vaporización ocurra. Si ahora la presión interna se baja
aún más, digamos a 28.67 pg Hg. de vacío, cualquier humedad en el sistema vaporizará a
30 C (86 F), que es una mejor temperatura ya que no se necesitará darle calor
artificialmente.

La diferencia entre 27.75 pg Hg., y 28.67 pg Hg., es muy pequeña para poderse medir en
un manómetro normal (Bourdon), Este tipo de manómetro es bueno cuando se requiera
una precisión de + 1.0 pg Hg. de vacío, y es impractico para medidas de precisión de
vacío. Y es cuando se requiere un medidor de presión de Micrones.

Como el agua o la humedad requieren calor para evaporarse o hervir, la fuente de calor
para la evaporación es la misma humedad, la que parte al evaporarse cede su calor
latente y baja su temperatura hasta el punto de fusión 0°C, antes de que termine el
proceso de evaporación, el agua restante se transforma en hielo. La misma situación
sucede cuando la presión interna se reduce a 29.74 pg Hg. de vacío, que corresponde a 0
C (punto de solidificación del agua), el agua se congela. En estas condiciones de humedad
en forma de hielo, ocurre la Sublimación, en que la evaporación es directamente del
estado Sólido al Vapor (como sucede con el hielo seco), evidentemente la evaporación es
más lenta. Si el sistema se calienta, se puede prevenir que la humedad dentro del sistema
se congele. Cuando el factor tiempo es el decisivo, calentando el sistema nos disminuirá
el tiempo de evacuación.

 Por lo anterior el Manómetro para altos vacíos deberá ser en el que se puedan medir
presiones del orden de micrones (rango de 0 a 5000 μ), y que sean tan precisos que
puedan leer 1.0 μ. En realidad sin estos instrumentos uno puede olvidarse de proceder a
efectuar una evacuación, ya que las lecturas con un manómetro normal no son precisas.
En general estos aparatos tienen sensores de calor (o temperatura), en los cuales el
elemento sensor genera calor. En la medida que este calor es disipado en su medio
interior, tendrá una mayor o menor temperatura la cual es detectada ya sea por un
termocople, ó por un termistor.

Los Instrumentos Electrónicos de Medición de Alto Vacío con Termistores, los cuales son
del tipo de coeficiente negativo, que significa que si la temperatura aumenta, su resistencia
eléctrica disminuye, y viceversa. Cuando la humedad y gases se han eliminado del
sistema, su presión disminuye, dado que la conductividad térmica del vacío es muy baja o
prácticamente nula, la disipación de calor del termistor también disminuye, y su
temperatura aumentara. La disipación de calor en el sensor, es inversamente proporcional
al vacío existente dentro del sistema. Por lo que su resistencia eléctrica variará de acuerdo
a su temperatura. A un alto vacío la resistencia eléctrica del termistor será baja y a un bajo
vacío su resistencia eléctrica será alta. Esta variación de resistencia eléctrica se indica en
un medidor electrónico calibrado en micrones de mercurio.

Cuando se seleccione un instrumento con sensor tipo Termocople, su funcionamiento es
similar al instrumento de termistor. Especial cuidado es que los materiales usados en las
uniones del termocople, como el hierro, etc., están sujetos a corrosión, y sus indicaciones
de medición variarán con el tiempo, por eso es conveniente seleccionarlos con las uniones
que sean con metales nobles.

El uso de una Bomba de Vacío adecuada es importante, en este artículo se describirá
brevemente, y el criterio de su selección. La bomba de pistones o reciprocarte debido a su
volumen muerto o su holgura entre el pistón y la cabeza, son muy ineficientes, y por lo
tanto son incapaces de producir un alto vacío.

Es inaceptable usar un compresor hermético o semihermético, para efectuar el vaco de su
propio sistema, ya que además de su ineficiencia, cuando los devanados eléctricos están
sujetos a un alto voltaje y se encuentran en un vacío, se produce un arco eléctrico,
quemando el motor de inmediato

Una bomba de alto vacío, es de los elementos que vienen primero a la mente, al
seleccionar un equipo de vacío. Uno de los errores es seleccionar una bomba grande, por
que así se efectuará el vacío más rápidamente, esto es un error. La capacidad de la
bomba tiene muy poco que ver con el tiempo de evacuación. Una bomba del tipo rotativo
con paletas deslizantes de dos etapas, de 1.0 a 3 pies cúbicos por minuto de
desplazamiento, que pueda alcanzar vacíos en el orden de 25μ es suficiente para
cualquier tamaño de sistema. Estas bombas de paletas deslizantes, de dos etapas, tienen
la capacidad de producir extremadamente bajas presiones, y son altamente eficientes en
succionar vapor de agua

El Flujo de los gases (o vapores) hacia la bomba, no tiene que ver con el tamaño de esta,
está determinado por el diámetro del orificio del niple conector al sistema ,ó en la válvula
del compresor, y por su diferencia de presiones a su entrada y su salida

Para reducir el tiempo de evacuación es mejor colocar dos bombas pequeñas en dos
lugares distintos del sistema, en lugar de poner en un solo lugar una del doble de tamaño.
También calentado el sistema será menor el tiempo de evacuación.

Método de Alto Vacío
Se evacua a una presión del orden 500 μ ó menor hasta que la humedad, el aire, etc. sean
completamente removidos del sistema, el cual se debe mantener sin variación durante 10
min. Finalmente se debe efectuar la siguiente prueba de Presión:

1.- Si después de evacuar en el orden de 500 μ, o un poco menor, cerrar la válvula de la
bomba de vacío, y aislar el sistema por 5 min., y si la lectura del manómetro electrónico se
mantiene debajo de los 500 μ. La evacuación es completa.

2.- Si existe una elevación lenta hasta 1500 μ, existe todavía humedad en el sistema
(sublimación del hielo), Se abre la válvula de la bomba y se somete nuevamente a la
evacuación, hasta 500 μ (volver al punto 1)

3.- Si hay una elevación rápida de la presión, significa que existe una fuga en el sistema,
y será necesario encontrarla y corregirla. Y volver al punto 1.

En el medio existen diferentes ideas o criterios en relación de fijar la presión mínima en μ
de mercurio, hay quien desea o recomienda evacuar a 200 μ, este valor no debe ser
considerado, ya que el punto de ebullición de aceite es entre 200 μ y 250 μ. Por lo tanto
para poder llegar a este nivel de presión de 200 μ se necesitaría evaporar todo el aceite.

Método de Triple Evacuación
1.-Se bombea hasta obtener un vacío de 28 pg Hg.
2.- El sistema se carga con refrigerante a 0 psig (14.7 psia)
3.- Se vuelve a bombear hasta nuevamente obtener 28 pg Hg.
4.- El sistema se vuelve a cargar con refrigerante hasta 0 psig (14.7 psia)
5.- Se vuelve a bombear hasta nuevamente obtener 28 pg Hg.
6.- El sistema se considera listo para su carga definitiva de refrigerante.

En estos días con el alto costo de los refrigerantes, y las restricciones ambientales, de
deterioración del la capa del ozono, y el efecto invernadero, etc. No puede uno arriesgar
o adivinar que el sistema esté herméticamente cerrado. Este método nos puede dejar
ciertas dudas.

Por lo tanto cualquiera de los dos métodos anteriores que se escoja, al final será necesario
y pertinente evacuar el sistema a una presión de 500 μ., con la bomba aislada del
sistema cerrando su válvula (blankoff valve), se deberá mantener esta presión por lo
menos durante 10 min. La mayor diferencia entre los métodos del hoy día “de Alto Vacío” y
el de “Triple Evacuación” es que con la técnica o método del de Alto Vacío después de
efectuarlo, se puede estar completamente seguro de sus resultados.
Alto Vacío es el método de evacuación que se debe usar, que nos dice por seguro, que el
sistema de enfriamiento está completamente seco, libre de no condensables, y de fugas.

REGISTRATE EN FOROFRIO

Sistemas de Calefacción, confort contra el frío

 

REGISTRATE EN FOROFRIO

 

Sistemas de Calefacción, confort contra el frío

Los expertos en calefacción afirman que la energía eléctrica es ideal para calefacción de espacio. Es relativamente sencilla de controlar y distribuir. En muchas aplicaciones, la limpieza y compacidad de los calefactores eléctricos representan una alternativa muy atractiva. No requiere almacenamiento de combustibles, no producen humos ni emisiones y, según disposiciones específicas, ofrecen una alternativa más segura frente a calefactores de combustibles.
El costo y la conservación energética son los factores dominantes en el diseño de calefacción eléctrica. En general, y en comparación con otros métodos de calefacción, la calefacción eléctrica tiene un costo de instalación inferior, requiere menos mantenimiento, tiene tasas de seguros inferiores y es más fácil de zonificar. En muchos casos se adopta la calefacción eléctrica de espacios cuando el costo inicial mínimo es un factor dominante. Sin embargo, la electricidad es una fuente de energía relativamente costoso. El aumento de costos de energía en los últimos años ha hecho que la electricidad sea prohibitiva económicamente en algunos casos. Los costos de operación de los sistemas eléctricos son normalmente superiores a los de calefacción con gas o combustibles fósiles.

Selección del Sistema
Para la selección del Sistema se requiere de un análisis detallado a la hora de seleccionar para un  edificio con calefacción que satisfaga tanto el rendimiento como la efectividad económica. El rendimiento se define como la capacidad del sistema para cumplir las necesidades del edificio, determinado en función del consumo energético requerido para mantener una temperatura interior por encima de las temperaturas exteriores. Esta necesidad energética se denomina carga del sistema y es útil cuando se presenta en la forma de una curva de perfil de carga o de duración de carga. Una curva de perfil de carga muestra la energía requerida para mantener una temperatura interior en función de la hora del día. La curva de duración de carga muestra la misma información de un modo distinto, a base del número de hora durante el que el sistema está a cada nivel de carga. La energía total requerida puede ser determinada calculándose las áreas debajo de estas curvas.
Los costos asociados al sistema se estimarán para todo el ciclo vital de los equipos. Si bien los costos iniciales y de instalación de los equipos son obtenibles (conocidos), los costos diarios de manteni-miento a largo plazo y de repuestos tendrán que ser estimados. Un análisis de rendimiento, si a de ser completo, necesitará incluir todos estos costos.
Los costos de operación son particularmente difíciles de determinar. Se utiliza la demanda anual de calefacción junto con estimaciones de precios de electricidad para determinar las costos anuales de operación. Es importante tener en cuenta la estructura de precios de electricidad especialmente si se aplican fluctuaciones en la demanda o tarifas según horas del día. Compañías eléctricas locales pueden suministrar previsiones de futuros precios de electricidad. También hay que tener en cuenta los precios de otra fuentes de energía, tales como fuel-oil y gas. Las comparaciones de costos de energía que se muestran a continuación Figura 1 y figura 2 pueden ser útiles para una estimación inicial de costos relativos de la calefacción eléctrica frente a la de gas o de fuel-oil.

I. Sistemas descentralizados

A. Equipos de convención natural
Equipos empotrados en el suelo.
Equipos empotrados y montados en la pared.
Convectores de zócalo.
Convectores de zócalo de agua, con elementos de inmersión.

B. Equipos de Aire Forzado
Ventiladores.
Calefactores.
Calefactores empotrados en la pared.
Calefactores de Zócalo.
Calefactores empotrados en el suelo.

C. Equipos radiantes (de alta intensidad)
Pared radiante, insertada y montada en las superficies.
Elemento forrado de metal con reflector.
Elemento de tubo de cuarzo con reflectores.
Lamparas de cuarzo con reflector.
Lamparas calefactores.
Equipos de cenefa (bóveda).

D. Sistemas de tipo panel radiante (baja intensidad)
Radiadores montados en el techo con conductores empotrados.
Paneles prefabricados.
Tipo radiante montado en el suelo con conductores empotrados.
Paneles convectores radiantes.

II. Sistemas centralizados

A. Sistemas de agua calentada
Caldera eléctrica.
Caldera eléctrica con acumulación en horas.
Bombas de calor.
Sistemas integrados de recuperación de calor.

B. Sistemas de Vapor: Caldera eléctrica, por inmersión

C. Sistemas de aire calentado
Calentador de conducto.
Hornos eléctricos.
Bombas de calor.
Sistema integrado de recuperación de calor.
Sistemas de ventilación.
Equipo integrado de calefacción y refrigeración.
Equipo de almacenamiento (cerámica y agua)

Sistemas Centrales de Agua Caliente

Un sistema central de agua caliente se compone de una caldera eléctrica y una serie de radiadores, convectores, calefactores, calefactores de consola, o equipos de calefacción y ventilación. El agua es calentada en la caldera mediante elementos o resistencias y es distribuida por toda la estructura. Se cobinan elementos múltiples para obtener la capacidad total requerida. Los sistemas de elementos múltiples están dispuestos de tal manera, que cada unidad puede ser activa o desactivada en secuencia, evitándose así grandes fluctuaciones en voltaje. También es importante que los elementos no sean activados cuando la bomba de circulación no esté en marcha.
Algunas calderas se diseñan para la eficacia respecto al espacio y pueden ser montadas en la pared. Una caldera de 20 kW tiene un volumen aproximadamente de 0,04 m3. Aplicaciones más grandes, con capacidades de hasta 5000 kW, se pueden lograr con caldera de electrodos de 5 kV y superiores en potencia nominal. Las calderas eléctricas son eficaces respecto a la cobertura de espacio, además de ser limpias, no necesitando tubos de humos, chimeneas ni almacenamiento de combustibles.
Los sistemas de aire caliente pueden ser diseñados a medida para especificaciones concretas. Algunas calderas se adaptan especialmente bien a la calefacción de zonas múltiples. Un sistema de control activa el número de elementos necesarios para satisfacer la necesidad de cada zona. Asimismo es posible la acumulación de agua (hidrónica) en los sistemas de agua caliente. Durante la operación normal del sistema, el agua se almacena a alta temperatura, pudiendo (para) ser empleada durante la operación en horas de poco consumo. Un tanque de almacenamiento de gran capacidad puede mantener el agua con temperatura de 93,3 a 135,0°C a presiones de hasta 5,2 bar. Una valvúla automática pueden suministrar agua a baja temperaturas  mezclándola con agua más fría procedente de una tubería principal de alimentación. El vapor se puede obtener mediante toma de agua caliente en una cámara de separación a baja presión.

Sistemas Aire Caliente
Un ventilador (central)  y sistema de conductos constitu-yen un sistema simple de aire caliente. Equipos de calefacción eléctrica se instalan en los conductos próximos al ventilador para regular la temperatura de la estructura en conjunto. El control  de habitación individual se consigue calentando el aire a la salida. Los sistemas de aire caliente proporcionan un medio adecuado para la toma de aire fresco, asegurándose así una buena ventilación. Otras funciones importantes de este tipo de sistemas incluyen la circulación y filtración.
Los elementos calefactores para conductos se fabrican en diseños enmanguitados o embridados. En general, los códigos especifican que se instale un mínimo de 122 cm de conducto entre el elemento y salidas de ventilador, codos, deflectores u obstrucciones similares. Esta medida minimiza el recalenta-miento de secciones del elemento calefactor que recibe flujo de aire no uniforme.
Los elementos calefactores pueden ser dimensionados mediante el cálculo de transferencia de calor. Para un diseño más sencillo se han desarrollado nomogramas que relacionan el flujo de aire, aumento de temperaturas y kilovatios del elemento calefactor.
Los hornos eléctricos consisten en baterías de calefacción y un ventilador (so plante) dentro de una carcasa aislada. El aire es introducido (por tiro) por el fondo del horno y filtrado. Entonces el ventilador sopla el aire sobre las baterías originando que el calor de las baterías sea transferido al aire. Los hornos eléctricos son compactos y no requieren conductos de humos ni almacenamiento de combustible.

Convector con Elemento Calefactor Metálico
Algunos equipos de calefacción por convención utilizan  elementos calefactores metálicos. La calefacción se proporciona mediante  alambre desnudo, alambre desnudo de baja temperatura o elementos forrados.
El aire se calienta mediante transferencia de calor de los elementos. Un panel reflector radia el  calor desde el equipo, minimizando la subida de temperatura de la carcasa y maximizando la transferencia térmica al espacio. El espacio entre los elementos y el reflector sirven como paso de aire que favorece la convención. Es importante que los convectores sean posicionados de tal forma que no se impida el movimiento del aire a través de los elementos. Los convectores con elementos calefactores metálicos pueden montarse en los muros, empotrarse o montarse en superficie. Los tipos montados en pared o superficie pueden equiparse con un ventilador para forzar la convención. Las versiones empotradas no utilizan ventiladores.

Unidades con Ventiladores
La función de una unidad con ventilador es proporcionar calor, ventilación y refrigeración a una zona. La unidad de ventilador consta de una rejilla de entrada, filtro de aire, ventilador, elementos de calefacción, compuertas y difusor. La capacidad total del conjunto es el efecto total suma de los muchos pequeños elementos eléctricos de calefacción. La temperatura se controla mediante activación y desactivación de los elementos individuales. El equipo con ventilador utiliza un determinado porcentaje del aire exterior. Este tipo de equipo tiene muchas aplicaciones como aulas, moteles, oficinas, residencias de ancianos, etc.

Calefactores (Aerotermos)
Existen tres tipos: calefactores de consola, de proyección horizontal y de proyección vertical. El tipo consola puede se instalado en el suelo, pared o techo. También existen calefactores empotrados. Están provistos de un ventilador que circula el aire sobre los elementos de calefacción. No requieren ventilación o tuberías, lo cual los convierte en una fuente ideal de calefacción suplementaria. Pueden emplearse para calentar habitaciones ocupadas en un edificio sin calefacción, o recintos de equipos sin operarios que deben mantenerse a una determinada temperatura.

Calefactores de Zócalo
Los calefactores eléctricos de zócalo contienen uno o más elementos de calefacción horizontal dentro de una carcasa metálica. Los elementos están fabricados en diferentes materiales y están disponibles en muchos tamaños. Algunos de estos elementos incluyen tubos aleteados, forrados con metal o parrillas de fundición, superficies cerámicas o extendidas, y vidrio revestido. Los calefactores de zócalo se colocan sobre el suelo a lo largo de la parte inferior de las paredes. Su colocación correcta es importante a fin de conseguir una calefacción uniforme. Asimismo existen calefactores eléctricos de agua de zócalo que incluyen elementos calefactores de inmersión y anticongelantes.

Calefactores Infrarrojos
Los calefactores infrarrojos utilizan elementos de baja temperatura para producir la calefacción. Otros diseños, en su lugar, utilizan tubos o lámparas de cuarzo. Los calefactores o se cuelgan del techo o se montan en la pared. Los elementos están instalados dentro de una carcasa tipo concha (cuba, pesebre) rodeados de reflectores.
Este tipo de calefactores tienen muchas aplicaciones. En donde la calefacción por convención es impracticable debido a la alta tasa de ventilación, se pueden utilizar calefactores infrarrojos. Permiten enfocar el calor en un punto determinado de una habitación, y proporcionan confort local incluso con una baja temperatura ambiente. También pueden ser empleados para la calefacción zonal (local) en los exteriores. La industria utiliza diseños modificados para calefacción y secado industrial.

Calefactores de Cenefa, Cornisa o Bóveda
Estos calefactores son similares en su forma a los calefactores de zócalo. Se instalan habitualmente a varios centímetros por debajo del techo en una parte superior de pared exterior. Los elementos calefactores vienen en varias formas: forro metálico, vidrio revestido o paneles metálicos. Los equipos están disponibles con alturas de hasta 152 mm. y sobresalen de la pared menos de 76 mm. Con estos equipos la fuente principal de calefacción es el techo de habitación, que es calentado por el flujo convectivo del aire sobre el calefactor. Asimismo el panel calentado proporciona alguna radiación directa a la habitación.
Los calefactores hidrónicos de cenefa (toldo, dosel) pueden proporcionar, o bien calefacción o refrigeración mediante circulación de agua caliente o fría, según el caso. Los sistemas hidrónicos de tipo cenefa están provistos de un sumidero de drenaje donde se recoge y se elimina el condensado durante el modo de operación de refrigeración. El diseño de las aletas permite el flujo de condensado del sumidero.

Paneles Convectores Radiantes de Muro
Los paneles de pared de convención radiante tienen pane-les calefactores eléctricos de vidrio, apoyados sobre aisladores dentro de un armazón metálico, con un reflector que deja espacio para la circulación de aire. Están provistos de protectores de seguridad.
El calor se produce por el paso de corriente eléctrica a través de una fina capa de material conductor sobre vidrio.
El material conductor es normalmente aluminio rociado o rejillas de óxido metálico estampado. Algunos paneles radiantes utilizan elementos tubulares soldados a los paneles de aluminio extruido. Estos equipos tienen características de emisividad similares a las de paneles de vidrio.

Recuperación de Calor Integrado
Un sistema integrado de calefacción y refrigeración aprovecha todas las fuentes y sumideros de calor dentro de una estructura. El sistema está dispuesto en torno a estas fuentes y sumideros para máxima efectividad y rendimiento. Cada día es más habitual en entornos comerciales e industriales instalar un sistema diseñado a medida para sus necesidades energéticas en concreto. El sistema toma en consideración todo aprovechamiento térmico, incluyendo el calor de fuentes como iluminación, personas, maquinaria y sol.
Mediante la transferencia de calor desde las zonas calientes a las que requieran calefacción, se cumple el doble objetivo de calefacción y refrigeración. La mayoría de estos sistemas incorporan equipos de refrigeración para este fin (refrigeración).
El diseño de sistema integrado requiere un análisis cuidadoso de las necesidades energéticas del edificio. Muchas fuentes de calor están disponibles sólo durante horas de trabajo normales, requiriéndose así una calefacción suplementaria fuera de estas horas. Para este propósito, los calefactores eléctricos son ideales pudiéndose aprovechar para proporcionar el calor tanto el personal como a la maquinaria. En otras aplicaciones, el calor es acumulado durante períodos de exceso y almacenado para uso posterior.

Bombas de Calor
La bomba de calor es un mecanismo que opera en un cielo, requiere trabajo y realiza la tarea de transferir el calor desde una zona de baja temperatura a otra de alta temperatura. La bomba de calor utiliza el ciclo mecánico frigorífico para refrigerar e invierte las funciones del vaporizador y condensador para la calefacción. Las bombas de calor aprovechan mejor la electricidad que los calefactores de resistencia. Por cada kW de electricidad utilizada por una bomba de calor, se produce 1 kW de calor de compresión más un efecto frigorífico. El efecto frigorífico de la bomba de calor puede variar desde el 10 hasta 50% de la energía eléctrica de entrada, dependiendo de las temperaturas implicadas. Con elementos de resistencia se produce sólo 1kW de calor por cada kW de electricidad.

Rendimiento
El rendimiento de una bomba de calor se expresa en COP (coeficiente de funcionamiento). El COP se utiliza como indicador de cómo una bomba de calor opera en condiciones específicas de temperatura. La variable más importante en la ecuación para calcular el rendimiento de una bomba de calor es la temperatura del sumidero.
La ecuación para COP es:

COP= Calor de compresión + Efecto de Refrigeración  = 1+ Efecto de Refrigeración Calor de Compresión Calor de Compresión
Cargas de Bombas de Calor y de Edificio
Para una selección correcta de los equipos, se deberán determinar y analizar algunas relaciones cuantitativas, siendo una de ellas la capacidad calefactora en función de la temperatura exterior (OAT).
La figura 3-a muestra el rendimiento de un sistema operando a diferentes temperaturas exteriores, pudiéndose observar que la capacidad disminuye a medida que cae la temperatura exterior. Otra relación importante es la carga de calefacción en función de la temperatura exterior.
La figura 3-b indica la carga requerida para mantener una determinada temperatura interior con diferentes temperaturas exteriores. Con una caída de temperatura exterior, se aumenta la carga de calefacción.
Este tipo de análisis aplicado a una bomba de calor muestra que, en determinadas condiciones. La capacidad de una bomba de calor equivale a la carga de calefacción de un espacio. La temperatura en este punto es denominada temperatura equilibrada, determinada gráficamente por la intersección de la capacidad con la curva de temperatura exterior y de la carga con la curva de temperatura exterior (figura 3-c).
Cuando la temperatura exterior es inferior a la temperatura equilibrada, no se podrán satisfacer las necesidades de calefacción suplementaria y su capacidad minima deben compensar la carga de calefacción del espacio.
La bomba de calor ofrece el mayor rendimiento cuando no se requiere la calefacción suplementaria. Para una bomba de calor, es más importante satisfacer las necesidades de refrigeración de espacio, ya que la calefacción suplementaria es fácil de proveer.

Tipos de Bombas de Calor

Las Bombas de calor son de varios tipos, con denominaciones según lo que utilizan como fuente y sumidero de calor y podemos mencionar los siguientes:
El sistema de aire utiliza el aire atmosférico como sumidero. La bomba de calor maneja el aire, y, si es necesario se activa un calefactor eléctrico suplementario para calentar el aire de alimentación.
El sistema de aire-agua emplea un circuito de agua de condensador como sumidero. Se utilizan equipos auxiliares como torre de refrigeración y caldera para mantener la temperatura dentro de los limites, de modo, que la bomba de calor  opere eficazmente. La torre de refrigeración es utilizada cuando la refrigeración, y la caldera para la calefacción. A veces el calor es rechazado (conducido) a los pozos (en el suelo) en lugar de las torres de refrigeración. En otros casos muchas bombas de calor están conectadas a un mismo circuito de agua de condensador para que, cuando se requieran simultáneamente la calefacción y la refrigeración , se minimice el calor añadido o rechazado al circuito por los equipos auxiliares.
La bomba de calor agua-aire no es muy común, es un refrigerador enfriado por aire que puede invertir su ciclo para producir  agua templada.

REGISTRATE EN FOROFRIO