Aplicación

Refrigerantes

tradicionales

Retrofit / Refrigerantes Drop-In

Refrigerantes para

nuevos sistemas

Transicional
Largo término
Refrigeración doméstica R12 R401A, R401C, R405A, R406A, R414A, R414B, R415B R426A, R430A, R435A, R436A, R436B, R437A R134a, R600a*

Vitrinas y máquinas

autocontenidas

R12 R401A, R401C, R405A, R406A, R409A (HT), R414A, R414B, R4145B, R416A (HT), R420A (HT) R426A, R429A (HT), R430A, R435A*, R436A, R436B*, R437A (LT)

R600a*, R134a, R423A,

R435A,R436A*,R436B*, R510A

R22, R502 R408A (HT), R411A, R411B, R412A, R415A, R418A R290*, R417A, R419A (HT), R422B, R422D, R424A, R431A, R438A R290*, R404A, R407A/B/D/E, R421A, R421B, R427A, R433A/B/C, R507A, R744
Unidades condensadoras R502 R408A (HT), R411A, R411B, R412A, R415A, R418A R417A, R419A (HT), R422B, R422D, R424A, R431A, R438A

R404A, R407A/B/D/E, R421A,

R421B, R427A, R433A/B/C, R507A, R744

Sistemas de

supermercado

R22

R502

R408A (HT), R411A, R411B, R412A, R415A, R418A R417A, R419A (HT), R422B, R422D, R424A, R431A, R438A

R404A, R407A/B/D/E, R421A,

R421B, R427A, R433A/B/C, R507A, R744, Sistemas indirectos (emplean R290*, R1270*, R717*)

Almacenamiento frío

R502

R22

R717

R408A (HT), R411A, R411B, R412A, R415A, R418A R417A, R419A (HT), R422B, R422D, R424A, R431A, R438A

R404A, R407A/B/D/E, R421A,

R421B, R427A, R433A/B/C, R507A, R744, Sistemas indirectos (emplean R290*, R1270*), R717*

Refrigeración Industrial

R22

R502

R717

R290 / R1270

R408A (HT), R411A, R411B, R412A, R415A, R418A R417A, R419A (HT), R422B, R422D, R424A, R431A, R438A

R404A, R407A/B/D/E, R421A, R421B, R427A, R433A/B/C, R507A.

R744, Sistemas indirectos (emplean R290*, R1270*), R717*

Transporte

R12

R401A, R401C, R405A, R406A, R409A (HT), R414A, R414B, R415B, R416A (HT), R420A (HT) R426A, R429A (HT), R430A, R435A, R436A*, R436B*, R437A (LT) R134a, R423A, R435A, R436A*, R436B*, R510A*
R502, R22 R408A (HT), R411A, R411B, R412A, R415A, R418A R290*, R417A, R419A (HT), R422B, R422D, R424A, R431A, R438A R404A, R407A/B/D/E, R421A, R421B, R427A, R433A/B/C, R507A, R744, R290*, R1270*

Aire acondicionado

Split y Ductos

R22 R408A, R411A, R411B, R412A, R415A, R418A R290*, R417A, R419A, R422B, R422D, R424A, R431A, R438A R407A/C/D/E, R421A, R427A, R433A/B/C, R290*, R1270*, R410A

Aire compacto

y portátiles

R22 R408A, R411A, R411B, R412A, R415A, R418A R290*, R417A, R419A, R422B, R422D, R424A, R431A, R438A R407A/C/D/E, R421A, R427A, R433A/B/C, R290*, R1270*, R410A
Bombas de calor R22 R408A, R411A, R411B, R412A, R415A, R418A R290*, R417A, R419A, R422B, R422D, R424A, R431A, R438A R407A/C/D/E, R421A, R427A, R433A/B/C/, R744, R290, R1270*, R410A
Chillers

R11

R123

Ninguno Ninguno R236ea, R236fa, R245fa
R12 R401A, R401C, R405A, R406A, R409A, R414A, R414B, R415B, R416A, R420A R426A, R429A, R430A, R435A R134a, R423A, R435A
R22 R408A, R411A, R411B, R412A, R415A, R418A R290*, R417A, R419A, R422B, R422D, R424A, R431A, R438A R407A/C/D/E, R421A, R427A, R433A/B/C, R744, R290*, R1270*, R410A

Aire acondicionado

móvil

R12 R401A, R401C, R405A, R406A, R409A, R414A, R414B, R415B, R416A, R420A R426A, R429A, R430A, R435A, R436A*, R436B* R134a, R744

 

 

Por cada aplicación, existen cuatro listas de refrigerantes:

* Refrigerantes tradicionales, los que usualmente se emplearon antes del Protocolo de Montreal.

* Retrofit / Refrigerantes Drop-in, son refrigerantes que han sido desarrollados, o pueden ser usados en sistemas existentes que contengan los refrigerantes tradicionales, y generalmente contengan componente HC de manera que son solubles con el aceite mineral existente.

Estos han sido divididos en dos categorías:

* Refrigerantes transicionales que están compuestos por algunos HCFC, y por lo tanto aún son controlados por el Protocolo de Montreal, y debería ser solamente considerados para uso en corto término en sistemas que contienen CFC.

* Refrigerantes de largo término que no comprometen la capa de ozono, y pueden ser considerados sin ninguna restricción.

* Refrigerantes de nuevos sistemas, los cuales incluyen refrigerantes que no poseen restricción por el Protocolo de Montreal y se espera que se apliquen por un largo término.

Deben hacerse un número de observaciones adicionales:

* Muchos de los refrigerantes blends catalogados como de "largo término" y "sistemas nuevos" contienen HFC y PFC, que están incluídos en el Protocolo de Kyoto, y son regulados en varios países de Europa.

* Refrigerantes Inflamables -señalados con asterisco (*)- deben ser apropiadamente manipulados, es decir, los sistemas deben ser diseñados y mantenidos acorde a las leyes específicas. Si son usados como refrigerantes drop-in, el técnico debe asegurarse de que la conversión se haga de acuerdo a la reglamentación vigente.

* Las siglas (HT)t y (LT) implican que el refrigerantes está diseñado para alta temperatura o baja temperatura respectivamente.

* Además de los refrigerantes nombrados anteriormente, existen muchos otros productos en el mercado que no poseen la letra R- en su denominación. De forma similar, muchos de los refrigerantes nombrados tienen otro nombre en el mercado, en vez de ser conocidos por su nombre R-. Por ejemplo, el Suva MP39 equivale a R401A.

* Los sistemas que emplean dióxido de carbono necesitan ser diseñados de manera particular debido a sus propiedades termodinámicas.

Fuente consultada: Manual for refrigeration servicing technicians - Copyright © United Nations Environment Programme 2010

 

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La cantidad de sobrecalentamiento del compresor que es necesaria para cierta aplicación puede variar. En algunas máquinas comerciales fabricadoras de hielo se necesita un sobrecalentamiento del evaporador de 3 a 5 grados para que la unidad produzca correctamente. Sin embargo, los acumuladores de la línea de succión son frecuentemente empleados por estos sistemas para agregar protección. Esto ayudará a asegurar de que todo el refrigerante que ingrese al compresor esté libre de líquido. Esto también ayuda a mantener el evaporador funcionando correctamente.

 

 

Devanado de motor eléctricoEl motor eléctrico es un componente fundamental en los compresores que forman parte de un sistema frigorífico. El bombeo y aspiración del refrigerante se llevan a cabo merced al trabajo realizado en conjunto por el motor eléctrico y los elementos mecánicos que forman parte del grupo compresor (cigueñal, biela, pistón, etc). Dado el amplio uso de los motores eléctricos en Refrigeración y Aire Acondicionado, es importante para el Técnico comprender las implicaciones que sobre éstos tienen, las variaciones en la tensión de alimentación de los mismos. A continuación analizaremos los distintos casos que se pueden presentar y sus consecuencias.

Efectos de la variación de la tensión en los motores

Aumento de tensión:

* En la mayoría de los casos producen la destrucción del aislante de los devanados, cosa que acaba destruyendo el motor.

* Disminuye considerablemente el factor de potencia.

* Disminuye la eficiencia del motor.

* Aumenta la corriente absorbida durante el arranque. Este aumento de corriente se agrava por la saturación de la máquina.

* Una disminución del voltaje produce un incremento en el factor de potencia.Disminución de tensión:

* Disminuye el torque de arranque disponible.

* Disminuye la eficiencia del motor.

Efectos de fases desequilibradas: un sistema trifásico está desequilibrado cuando sus tres tensiones tienen amplitud diferente o no están a 120º entre cada una de ellas. El desequilibrio puede deberse a la apertura de las fases, a la presencia de cargas monofásicas próximas al motor o a la red en sí misma.

"¢ El desequilibrio en la tensión de alimentación del motor genera una componente inversa que crea fuertes corrientes rotóricas que calientan el rotor y acaban provocando el sobrecalentamiento del motor.Efectos de las caídas y cortes de tensión en los motores: una caída de tensión es una pérdida repentina de tensión en un punto de la red de alimentación. 

Efectos sobre los motores asíncronos:

* Calentamiento y fatiga electrodinámica en los devanados que puede causar la destrucción de su aislante.

* Sacudidas que provocan fatiga mecánica anormal en acoplamientos, desgaste prematuro y rotura.

* Pueden afectar otras partes como contactores (desgaste del contacto o soldadura) y provocar que dispositivos de protección corten el suministro parando la cadena de producción o el taller.

Efectos sobre motores síncronos:

* Este tipo de motores pueden soportar mayores caídas de tensión (aproximadamente un 50% o más) sin llegar a calarse, debido a su mayor inercia y al menor impacto de la tensión en el par.
Efectos sobre motores con variación de velocidad:

* Imposibilidad de suministrar suficiente tensión al motor (pérdida de par, ralentización)

* Funcionamiento incorrecto de los circuitos de control alimentados por la red.

* Posible sobrecorriente en restaurar la tensión debido a los condensadores de filtrado de los variadores. 

*  Sobrecorriente y corriente desequilibrada en la red alimentación cuando la tensión cae en una fase.

* Los variadores de velocidad generalmente fallan si la tensión cae más de un 15).

Fallos debido a causas externas de funcionamiento:

* Bloqueo del rotor: el bloqueo del rotor provocado por causas mecánicas produce una sobrecorriente casi igual a la de arranque. Pero el calentamiento es superior dado que las pérdidas del rotor permanecen en su valor máximo durante todo el bloqueo y la refrigeración se paraliza dado que normalmente funciona con la propia rotación del motor. La temperatura del rotor puede llegar a los 350º C.

* Sobrecarga: la sobrecarga de un motor está causada por un incremento del par resistente o por una caída de la tensión de alimentación mayor a 10% de la tensión nominal). El aumento de la corriente consumida causa un calentamiento que reduce la vida útil del motor drásticamente.

Resumen

El resumen de la tabla muestra las posibles causas de cada tipo de fallo, los probables e inevitables efectos y las consecuencias si no se toman las oportunas medidas de protección.
En todos los casos, los motores necesitan dos tipos de protección: " Protección contra cortocircuitos" Protección contra sobrecargas (sobrecalentamiento). 

Fallo Causas Efectos

Consecuencias

Cortocircuito

Entre dos fases, una fase y el neutro o entre devanados.

Pico de corriente.

Fatiga electrodinámica en los conductores.

Destrucción de devanados.
Pico de tensión

Relámpagos.

Descarga electrostática.

Desconexión carga.

Destrucción aislante devanados. Destrucción de devanados y pérdida de aislamiento.
Tensión desequilibrada

Apertura de fase.

Carga monofásica aguas arriba del motor.

Reducción del par disponible.

Incremento de pérdidas.

Sobrecalentamiento (*)
Armónicos Contaminación de red por cargas no lineales.

Reducción del par disponible.

Incremento en pérdidas.

Sobrecalentamiento (*)
Arranque largo

Par resistente muy elevado.

Caída de tensión.

Incremento del tiempo de arranque. Sobrecalentamiento (*)
Bloqueo Problema mecánico Sobrecorriente Sobrecalentamiento (*)
Sobrecarga

Incremento del par resistente.

Caída de tensión.

Mayor consumo de corriente. Sobrecalentamiento (*)
Caídas y cortes de tensión.

Inestabilidad en la tensión de la red.

Conexión de grandes cargas.

Reducción del para disponible.

Incremento de pérdidas.

Sobrecalentamiento (*)
(*) Y a corto y largo plazo, dependiendo de la severidad y/o frecuencia de fallo, los devanados se cortocircuitan y acaban por destruirse.

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Simulación computarizada de la firma ACC Austria GmbH, en donde se puede apreciar los componentes de un compresor familiar hermético, el funcionamiento de los mismos y el circuito frigorífico. Traducción al español realizada por Frionline.

En la simulación se aprecia la parte interna de un moctocompresor hermético (característico de este tipo de unidades), y además los distintos componentes que forman parte del circuito frigorífico básico: evaporador, condensador, dispositivo de expansión y compresor.

Para poder ver correctamente la simulación, se necesita tener instalado el plugin Quicktime. Para descargar el plugin, ingrese AQUI.

ACC Austria GmbH es una marca registrada de sus respectivos propietarios.

 

{rokbox title=|Simulación computarizada de refrigerador| size=|640 480| text=|Click aquí para ver simulación|}rokdocs/acccomp.mov{/rokbox}

 

Deslizamiento de temperatura (glide)

La característica denominada "deslizamiento de temperatura" (glide)se refiere al rango de temperatura sobre el cual los componentes en un refrigerante blend se evaporan o se condensan a una presión dada. Una sustancia pura (como el agua) a presión constante pasará por un completo cambio de fase a temperatura constante. De forma inversa, un refrigerante blend zeotrópico debe proceder a través de un rango de temperatura que varía, con el fin de completar el proceso de cambio de fase. El nombre "deslizamiento de temperatura" o conocido como "glide" en inglés, se refiere a este rango de temperatura que no es constante.

 

Introducción

Las leyes de la termodinámica que gobiernan el movimiento del calor son explicadas en este breve artículo. Resulta de interés particular para todo aquel estudiante o mecánico que quiera profundizar en el análisis del funcionamiento del ciclo frigorífico.

Con la lectura de este artículo podremos establecer los siguientes puntos:

* Definición de la Primera Ley de la Termodinámica

* Definición de la Segunda Ley de la Termodinámica

* Equilibrio en un sistema

* Definición de Irreversibilidad

 

Primera Ley de la Termodinámica

La ley de conservación de la energía establece que la energía no puede ser creada ni destruida, pero puede cambiar en varias formas. El calor o energía puede ser solamente movido, pero basados en la ley para cualquier sistema, abierto o cerrado; debe haber un equilibrio de energía. Los sistemas de refrigeración y de aire acondicionados son sistemas equilibrados. El calor total o energía absorbida por el evaporador y la línea de succión, mas el calor o energía que el compresor genera hacia el refrigerante, debe ser expulsado fuera del condensador en orden de mantener el equilibrio en el sistema. Si el evaporador no puede absorber calor o el condensador no puede expulsar calor, el sistema no estará equilibrado y ocurrirá una perdida de eficiencia y capacidad.

Segunda Ley de Termodinámica

La segunda ley establece que el calor fluye desde una sustancia caliente hacia una sustancia fría. La temperatura relativa de la sustancia determina la dirección del flujo del calor. La velocidad del flujo del calor está determinada por la diferencia entre esas temperaturas y el valor de aislamiento de la sustancia, provocando que el calor sea transmitido. La cantidad de calor transmitido por un material dividido por la diferencia en temperatura de las superficies del material se denomina Conductividad térmica.

Dadas las definiciones anteriores de lo que es la energía y, que se mueve en una dirección, debe considerarse la irreversibilidad. Irreversibilidad puede definirse como la diferencia en temperatura entre el condensador y el evaporador. Por ejemplo, cuanto más grande es la irreversibilidad en un ciclo de refrigeración, operando con una carga dada entre dos niveles de temperatura fijos, resultará en una gran cantidad de energía requerida para operar el ciclo de refrigeración. Para mejorar la performance del ciclo, debe ocurrir una reducción total de la irreversibilidad en el ciclo del refrigerante.

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Los dos dispositivos de expansión más comunes usados en los sistemas de refrigeración son la válvula de expansión termostática y el capilar. Cada uno de estos dispositivos se cargan de diferentes maneras. La válvula de expansión termostática se abre y se cierra con el recalentamiento del evaporador y el capilar nunca cambia de tamaño por sí mismo.

El recalentamiento de la válvula de expansión termostática está configurado entre los 8º y 12º F y puede variar con el diseño del sistema. Para medir el recalentamiento para una válvula de expansión termostática, la medición debe ser obtenida en la salida de la línea de vapor, donde se encuentra el bulbo de la válvula.

Un sistema frigorífico con capilar es cargado mediante el recalentamiento de la línea de succión que abandona el evaporador. Un sistema con capilar tiene una carga crítica. Cuanto más pequeño es el sistema es más crítica la carga de refrigerante. Un sistema con capilar no posee un medio para ajustar por sí mismo el flujo del refrigerante para mantener un recalentamiento. El único ajuste para el recalentamiento es la carga de refrigerante. Hay dos razones que provocan un cambio en el recalentamiento en un sistema con capilar:

  • La cantidad de refrigerante ingresando al evaporador y
  • El calor total del aire ingresando al evaporador.

La fuerza y la carga configuran el recalentamiento

La fuerza es la presión del lado de alta, forzando al refrigerante a ingresar al capilar de manera que pueda ser medido por la temperatura del aire exterior en el condensador. La carga es el calor total del aire ingresando al evaporador y puede ser medido por un termómetro de bulbo mojado. La temperatura de bulbo mojado es un indicativo de la entalpía total del aire. Cuando la temperatura exterior cambia o el calor (entalpía) el aire entrante hacia el evaporador cambia, el recalentamiento cambia. Recalentamiento es la temperatura del gas por sobre la temperatura de saturación.

El recalentamiento puede dividirse en dos tipos de calor:

  • Recalentamiento de los evaporadores; y
  • Recalentamiento total ingresando al compresor.

El recalentamiento de los evaporadores debe aparecer en la salida del evaporador y no en la entrada del compresor. El recalentamiento total aparece en la entrada del compresor.

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El ciclo de refrigeración por compresión mecánica consta de 4 componentes principales: evaporador, compresor, condensador y dispositivo de expansión.

Evaporador: Intercambiador de calor ubicado dentro del recinto que se desea enfriar al cual el refrigerante entra en estado líquido o mayoritariamente líquido a baja presión y por consiguiente a una baja temperatura de ebullIción. Al entrar en contacto con las paredes del evaporador, comienza su evaporación con la consiguiente absorción de calor. Dicha absorción provoca el enfriamiento de las paredes del aparato y por consiguiente, el enfriamiento del medio que lo rodea.

A la salida del evaporador nos encontramos con vapor refrigerante a baja presión el que se encuentra "cargado" con la energía térmica absorbida a las paredes del aparato y al medio ambiente. Como todo intercambiador de calor, este aparato deberápresentar el mínimo de resistencia al paso de calor desde el recinto o producto enfriado a las paredes del aparato y enseguida desde allí al refrigerante. Se puede afirmar que este aparato es el "productor de frío".- Compresor : Succiona los vapores del refrigerante desde el evaporador y los comprime, o sea, eleva la presión a una temperatura tal que permita licuar posteriormente en el condensador. En este elemento es donde debemos entregar la fuerza motriz necesaria para el funcionamiento del sistema, es decir, aquí se realiza el gasto de energía.

- Condensador : Segundo intercambiador de calor, fundamental dentro del sistema. Tiene por finalidad condensar los vapores refrigerantes a alta presión provenientes del compresor. La condensación de estos vapores significa convertirlos en líquidos y para ello debemos extraerles calor, o sea, enfriarlos. El calor retirado a los vapores refrigerantes en este elemento, es el mismo calor que se absorbió en el evaporador más una pequeña cantidad aportada al refrigerante por el funcionamiento del compresor. El calor extraído al
refrigerante es entregado al medio ambiente, ya sea por un enfriamiento de este elemento mediante agua o aire. Debe cumplir con las mismas condiciones del evaporador desde el punto de vista del intercambio de calor.

A la salida del condensador nos encontramos con líquido refrigerante a alta presión.

- Dispositivo de expansión : Tiene como finalidad reducir la presión del líquido refrigerante proveniente del condensador y entregarlo como líquido a baja presión al evaporador. Esta reducción de presión es fundamental para poder lograr la evaporación del refrigerante en el evaporador. En algunos casos actúa como regulador de la cantidad de líquido que entra al evaporador.

Analizando el sistema desde el punto de vista de las presiones existentes en él, es usual dividirlo en dos sectores bien definidos:

a) El lado de alta presión que va desde la salida del compresor a la entrada del aparato de expansión.
b) El lado de baja presión que va desde la salida del aparato de expansión a la entrada del compresor.

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A continuación podremos apreciar la ubicación de algunos de los componentes que se pueden llegar a encontrar en las unidades frigoríficas comerciales.

Circuito refrigeración comercial

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1. Válvula de expansión Termostática 2. Válvula Solenoide 3. Termostato 4. Compresor hermético 5. Control de presión 6. Separador de aceite 7. Visor de líquido 8. Regulador de presión del evaporador 9. Válvula de diferencial de presión 10. Arrancador del motor 11. Filtro deshidratador 12. Regulador de presión de condensación 13. Arrancador para el motor del compresor

Análisis del circuito

Desde el compresor hermético (4) por la cañería de color rojo sale refrigerante en estado gaseoso recalentado y a alta presión y temperatura en dirección hacia el separador de aceite (6). Desde allí, se dirije hacia el condensador ingresando por su parte superior.

 

Los gases no condensables en sistemas frigoríficos-

Cuando se fabrica o se repara un sistema frigorífico debe ser cuidadosamente evacuado (quitar el aire del sistema),antes de ser cargado con refrigerante. Esto es necesario para lograr un correcto procedimiento. La presencia de gasesno condensables es altamente perjudicial para el sistema. Analizaremos a continuación las consecuencias de la presencia de estos gases y la manera de prevenir su existencia en un sistema frigorífico. Los gases no condensables, tal como su nombre lo indica, no se condensan en el interior del sistema de refrigeración. Esto tiene un impacto muy serio en la eficiencia del sistema, su eficiencia energética y su tiempo de vida. Entre los gases no condensables más encontrados en los sistemas podemos mencionar: oxígeno, argón, nitrógeno y tal vez dióxido de carbono.

La evacuación de los gases no condensables

El principal propósito de la evacuación o vacío de la unidad frigorífica, es reducir la cantidad de gasesno condensables en el sistema y eliminar la humedad. La humedad en el sistema puede llegar a provocar el bloqueo del dispositivo de expansión, reacción química con el refrigerante, degradación del aceite, aceleración del proceso de oxidación e hidrólisis en los materiales de aislación.


Los gases no condensables en un sistema frigorífico pueden llegar a incrementar la presión de condensación(presión del lado de alta de un sistema) y debido a ello provocar alteraciones en el funcionamiento y un mayorconsumo de energía. Es muy importante que el contenido de gases no condensables sea mantenido por debajo del 1%.

El procedimiento de vacío realizado con una bomba apropiada para tal fin, puede realizarse de diferentes manerasdependiendo del volumen del lado de descarga y succión de un sistema frigorífico. Si el evaporador y el compresor tienen un volumen menor, puede realizarse la evacuación por un lado, de otra manera, se recomienda el vacío por amboslados a la vez. El método de evacuación realizado por un solo lado del sistema a través del tubo de servicio o proceso del compresor implica un proceso lento y la posibilidad de que queden remanentes de gases no condensables en el lado de alta presióndel sistema. Al realizar el procedimiento de esta manera, el aire alojado en el lado de descarga (lado de alta presión) deberá atravesar el capilar para poder ser eliminado, lo que significa una restricción. El resultado será una alta presión en el lado de descarga como consecuencia del pobre vacío realizado.

Eliminación de los gases no condensables por el lado de alta y baja presión

Para evitar la presencia de restos de gases no condensables en el sistema, se recomienda realizar el vacío simultáneo del lado de baja y alta presión. De esta manera, será posible obtener una muy baja presión en un tiempo razonable. El vacío simultáneo por el lado de alta y baja presión nos dará los mejores resultados para la eliminación de la humedady los gases no condensables.

Eliminación de gases no condensables con la bomba de vacío 

Se recomienda el uso de una bomba de vacío de dos etapas para la eliminación de los gases no condensables y humedad. No se recomienda el uso de un compresor hermético para realizar vacío ya que este no es capaz de producir un descenso suficiente de la presión, y además el compresor se sobrecalentará y se dañará.

Fuente consultada: Repair of hermetic refrigeration systems - Danfoss

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