Refrigeración básica: componentes principales del sistema

Antes de que los técnicos puedan pensar en instalar un sistema de refrigeración, o solucionar problemas, deben comprender los componentes principales de ese sistema. La parte 1 de esta serie cubrió los conceptos básicos de la transferencia de calor, mientras que este artículo analizará los diferentes componentes que componen un sistema de refrigeración estándar.

Como corazón de un sistema de refrigeración, el compresor es una bomba de vapor que crea las diferencias de presión requeridas por el sistema entre los lados alto y bajo del sistema. Además, eleva la temperatura del refrigerante a un nivel utilizable. La temperatura del refrigerante debe ser superior a la del aire ambiente, de lo contrario no habrá transferencia de calor. El calor siempre fluye de una fuente más caliente a una fuente más fría, por lo que para ser rechazado, el refrigerante debe estar más caliente que el exterior. Sólo entonces se producirá la transferencia de calor.

El compresor también debe poder bombear un volumen suficiente de refrigerante y debe poder acomodar los refrigerantes utilizados.

El dispositivo dosificador controla el flujo de refrigerante hacia la unidad enfriadora, también llamado evaporador, y regula la presión deseada del punto de ebullición del refrigerante. Si se puede reducir la presión del refrigerante, puede hervir a una temperatura más baja.

Cuando esté en el punto de ebullición, estará listo para absorber una nueva carga de calor. El calor proviene del aire que es empujado a través de un ventilador que pasa por el evaporador. Si ese aire es más caliente que el refrigerante hirviendo y entra en contacto con los serpentines más fríos, habrá transferencia de calor al refrigerante.

Al igual que el compresor, el dispositivo dosificador debe tener el tamaño adecuado y ser compatible con los refrigerantes utilizados. La función principal de este dispositivo es mantener el sobrecalentamiento adecuado para proteger el compresor del líquido que puede viajar a través de la línea de succión si la temperatura es demasiado fría.

Hay dos tipos principales de dispositivos de medición: la válvula de expansión termostática (TXV) y la válvula de expansión electrónica (EEV). Aunque las TXV mecánicas son confiables, las EEV son mucho más precisas y responden a los cambios de presión y temperatura. La Figura 1 compara su eficiencia, comenzando a 30°F. Con el TXV, se necesitan aproximadamente dos horas para alcanzar los 10°F de sobrecalentamiento, y con el EEV en funcionamiento en estado estable, se necesita mucho menos tiempo.

Figura 1

TXV VS. EEV: Comparando las eficiencias del TXV (línea azul) y la EEV (línea roja). (Cortesía de Heatcraft)

Si utiliza una TXV, la ubicación del bulbo sensor, que se detalla en la Figura 2, es importante. Se necesita una conexión sólida, porque el calor debe transferirse al bulbo sensor desde la tubería. Debe estar bien aislado, porque su función es detectar la temperatura de la tubería, en lugar del aire que la rodea. En la Figura 3, el aceite en la línea puede aislar la temperatura real del vapor, por lo que el bulbo sensor debe estar por encima de la línea de aceite percibida para obtener una lectura precisa. Aunque estos números pueden usarse como guía, siempre consulte las pautas del fabricante de la válvula para determinar la ubicación adecuada.

Figura 2

COLOCACIÓN DE BOMBILLAS: Si usa un TXV, la ubicación del bulbo sensor es importante. (Cortesía de Heatcraft)

figura 3

TEMPERATURA DE LA TUBERÍA: El trabajo del TXV es detectar la temperatura de la tubería, en lugar del aire que la rodea. (Cortesía de Heatcraft)

El EEV tiene un dispositivo sensor separado: una resistencia sensible a la temperatura llamada NTC, que cambia el valor de la resistencia según la temperatura. NTC significa coeficiente de temperatura negativo, lo que significa que cuando la temperatura aumenta, la resistencia disminuye. El termistor generalmente se establece en 10 000 ohmios a una temperatura determinada, generalmente a 77 °F (o 25 °C). Debido a que este tipo de sensor se utiliza para todas las necesidades de medición, la mayoría de los fabricantes utilizan tres termistores; sin embargo, para descongelar, algunos utilizan un dispositivo bimetálico con diferentes tasas de expansión. Este dispositivo puede cerrar o deshacer un circuito, dependiendo de su temperatura.

La mayoría de los fabricantes utilizan un transductor de presión de tipo capacitivo de tres cables, que utilizará un diafragma flexible para variar la salida de voltaje. Según esa salida, traducirá el valor de voltaje en un valor de presión. El control discernirá esas diferencias de presión en función de la salida del transductor.

La válvula reguladora de presión del cárter (CPR), ubicada en las salidas del evaporador, ayuda a prevenir la sobrecarga del compresor durante el arranque en condiciones de carga pesada, como en un congelador después de un ciclo de descongelación. Cuando la temperatura aumenta, la presión también aumenta, lo que puede generar una tensión adicional en el compresor. Al arrancar, se debe superar la inercia y el rotor debe comenzar a girar nuevamente. Este dispositivo sólo permitirá que la presión alcance una altura predeterminada para un inicio más fácil.

Colocada en el mismo lugar, la válvula reguladora de presión del evaporador (EPR) está diseñada para evitar que la presión del evaporador caiga por debajo de un valor o ajuste predeterminado. Se mantiene una temperatura de evaporación constante en la configuración de la válvula a medida que disminuyen las cargas del evaporador. Las válvulas EPR generalmente se encuentran en sistemas de bastidor donde se conectan varios sistemas.

Como sugiere su nombre, el acumulador de succión acumula refrigerante desde el puerto de succión, lo que brinda seguridad adicional al sistema. Como medida de seguridad, el refrigerante irá a un recipiente donde podrá hervir y vaporizarse antes de llegar al compresor. Debido a que parte del aceite también viaja con el refrigerante, un área de baja presión en la parte inferior del acumulador aspira el aceite hacia un pequeño orificio y lo devuelve al compresor, donde lubrica las piezas móviles.

Para aplicaciones de baja temperatura, es más difícil convertir todo el refrigerante en vapor, por lo que se necesita un acumulador de succión por ebullición. Hay líneas de refrigeración adicionales para ayudar a calentar el refrigerante y ayudarlo a hervir.

El filtro secador se encuentra en la sección de líquido y succión del sistema de tuberías. Su función es atraer y secuestrar la humedad para garantizar que solo pasen el refrigerante y el aceite refrigerante. Siempre que se abre el sistema de refrigeración para repararlo o reemplazar un componente, se debe reemplazar el filtro secador para mantener un sistema sellado limpio, seco y sin fugas.

Con un separador de aceite, el aceite regresa desde el depósito al compresor mediante un control fijado al cárter del compresor. Hay cuatro tipos básicos de separadores:

En un serpentín de condensación, el refrigerante puede condensarse desde un gas de alta temperatura hasta un líquido de temperatura media o subenfriado.

Para que se produzca la transferencia de calor, el compresor debe elevar la temperatura del gas de descarga a un nivel utilizable. Esto debe ser constante, sin importar cuán frías sean las condiciones ambientales exteriores. Esta es una marcada diferencia con el aire acondicionado, que se basa en el confort y la variación de temperaturas. Con la refrigeración, puede ser más difícil lograr que la presión de la cabeza alcance una temperatura utilizable, por lo que se debe inflar artificialmente mediante el uso de válvulas de control de presión de la cabeza. La forma más sencilla es hacer funcionar los ventiladores, que son responsables de empujar el aire a través de las bobinas.

Otro método consiste en utilizar válvulas de control de presión de cabezal simple o doble. El flujo normal del refrigerante es desde la entrada del compresor del serpentín de condensación y luego sale por la salida del serpentín de condensación hacia el receptor, hasta el dispositivo de medición, y luego circula de regreso al serpentín del evaporador y las entradas al compresor, cerrando el bucle en el sistema.

Cuando la temperatura es lo suficientemente baja, estas válvulas están diseñadas para retener parte del refrigerante que sale por la salida del condensador. El refrigerante líquido puede comenzar a acumularse en los serpentines de condensación, aumentando la presión. Al mismo tiempo, hay un camino a través del control de presión de cabeza desde el compresor hasta el receptor, lo que hace que la presión dentro del receptor aumente. Cuando esa presión aumenta lo suficiente, las válvulas de control de presión de cabeza permiten que parte del líquido fluya hacia el receptor, regulando la cantidad de líquido disponible para el dispositivo dosificador. Aunque las válvulas simples y dobles hacen lo mismo, la válvula doble se puede ajustar un poco más, agregando cierta flexibilidad.

El recipiente de líquido subenfriado recibe líquido, lo que garantiza que haya suficiente refrigerante. Las necesidades del sistema variarán según la temporada, y se necesitará más refrigerante en verano que en invierno.

Hay dos tipos de intercambiadores de calor secundarios: de placas soldadas y de tubo en tubo. Estos permiten la transferencia de calor entre el refrigerante líquido que sale del condensador en el lado de alta presión del sistema y el vapor de refrigerante que sale del evaporador en el lado de baja presión del sistema.

La válvula solenoide de la línea de líquido ayuda en el bombeo del sistema. Cuando se alcanza la temperatura establecida, se interrumpe la energía al serpentín, lo que permite que el émbolo cierre la válvula y bloquee el flujo de refrigerante.

En el último capítulo de esta serie de tres partes, veremos qué sucede cuando estos componentes se comportan mal. Se proporcionarán pasos de solución de problemas para ayudar a los técnicos a determinar lo más rápido posible la causa raíz de un problema.

Esta es la segunda de una serie de tres partes sobre Refrigeración básica. Lea el resto, que también cubre:

Para obtener información sobre la solución de problemas de los sistemas de refrigeración, es posible que los técnicos deseen asistir a una capacitación técnica en persona en las instalaciones de capacitación de Heatcraft en Stone Mountain, Georgia.