La mayoría de las personas generalmente asocian el término refrigeración con el frío y el enfriamiento, aunque en la práctica en refrigeración tiene más que ver con la transferencia del calor. Esta aparente paradoja es uno de los conceptos fundamentales que debe comprenderse para trabajar con un sistema frigorífico. El frío es en realidad la ausencia de calor, tal como la oscuridad es la ausencia de la luz.

Termodinámica

Termodinámica es la rama de la ciencia que estudia la acción mecánica del calor. Hay ciertos principios fundamentales de la naturaleza, muy a menudo denominados leyes de la termodinámica, las cuales gobiernan nuestra existencia en la Tierra, algunas de ellas son principios básicos para el estudio de la refrigeración.

 

La primera y más importante de estas leyes es el hecho de que la energía no puede ser creada ni destruida, pero puede convertirse de uno a otro tipo. El estudio de las teorías de la termodinámica no estará contemplado en este tratado, pero los ejemplos que a continuación se publicarán ilustrarán la aplicación práctica de la ley de la energía.


Calor

El calor es una forma de energía, creada principalmente por la transformación de otros tipos de energía calórica. Por ejemplo, la energía mecánica que hace girar una rueda provoca la fricción lo cual crea el calor.

El calor se define muy a menudo también como energía en transferencia, siempre se mueve de un objeto más caliente hacia otro más frío. Gran parte del calor de la Tierra deriva de la radiación solar. Una cuchara dentro de un recipiente con agua helada pierde su calor hacia el agua y se enfría; una cuchara en una taza de café absorbe el calor del café y se calienta. Pero los términos caliente y frío son solo comparativos. El calor existe en cualquier temperatura por sobre el cero absoluto, incluso puede existir en muy pequeñas cantidades. El cero absoluto es el término usado por los científicos para describir la temperatura más baja posible, la temperatura en la cual no existe el calor, la cual es aproximadamente de 238º Centígrados por debajo de cero.

Temperatura

Es la escala que se usa para medir la intensidad del calor, es el indicador que determina en cual dirección se moverá el calor. Existen varias escalas para medir el calor, entre las cuales podemos mencionar: escala Fahrenheit (ºF), usada en algunos países (EEUU, Inglaterra) y la escala en grados Centígrados (Celsius, ºC) muy usada en otros países del mundo. Ambas escalas tienen dos puntos básicos en común, el punto de congelación del  agua, y el punto de ebullición del agua a nivel del mar. El agua se congela a 32º F y 0º C y hierve a nivel del mar a 212º F y 100º C. En la escala Fahrenheit, la diferencia de temperatura entres estos dos puntos se divide en 180 partes iguales, mientras que en la escala de grados Centígrados la diferencia entre estos puntos se divide en 100 partes o unidades iguales. La relación entre las escalas Fahrenheit y Celsius pueden ser establecidas por medio de las siguientes fórmulas:

Fahrenheit 9/5 (grados Centígrados + 32º)

Centígrados 5/9 (grados Fahrenheit "“ 32º)

Es importante resaltar, que la temperatura es una magnitud física que indica qué tan caliente o fría está una sustancia y la misma se mide con un termómetro. La temperatura deun cuerop no depende de la cantidad de materia, pero si del estado o agitación o el movimiento desordenado de las moléculas, es decir de la energía cinética de las partículas.

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Tubo recibidor de líquidoEl tubo recibidor está presente en las unidades condensadoras de refrigeración comercial equipadas con válvula de expansión termostática. Básicamente es un tubo destinado al almacenamiento del exceso de refrigerante que no está circulando en el sistema frigorífico. En este artículo técnico, vas a comprender la función del tubo recibidor, y lo importante que es para realizar tareas de mantenimiento en cualquier equipo frigorífico.

 

Los cilindros de recuperación son específicamente diseñados para refrigerantes que son removidos de instalaciones frigoríficas. El refrigerante recuperado puede luego ser usado nuevamente o para su reciclado o incineración. La construcción del cilindro es normalmente muy similar a los cilindros recargables convencionales, excepto por dos diferencias: una es que la válvula del cilindro tiene el puerto de llenado activado, de manera que el refrigerante pueda fácilmente ingresar, y la segunda diferencia es qsu pintura externa. El cilindro debe estar en su parte superior pintado de amarillo, y la parte inferior de color gris, tal como se muestra en la siguiente ilustración.

 

Gases no condensablesLa importancia de evitar la entrada de gases no condensables en los sistemas frigoríficos.

Los gases no condensables, tal como su nombre implica, no son capaces de condensarse dentro del condensador de un sistema de refrigeración o aire acondicionado a diferencia de los refrigerantes. Esto puede tener un serio impacto en las condiciones de operación de un sistema, eficiencia energética, y tiempo de vida de la unidad. En este artículo técnico exploraremos posibles fuentes de origen de gases no condensables, los efectos indeseables de los mismos y las maneras de prevenirlo y quitarlo de un sistema frigorífico.

 

El desarrollo de ácidos en los vapores refrigerantes de un sistema frigorífico basado en la compresión del vapor, bomba de calor y acondicionadores de aire puede acortar severamente la vida del compresor y el refrigerante. Estos ácidos pueden formarse por las reacciones químicas entre los componentes y/o materiales de construcción, aceites lubricantes, y/o impurezas. La inestabilidad del refrigerante, y por ello la formación de ácidos, es acelerada por temperaturas altas las cuales pueden originarse como consecuencia de una inadecuada operación, como por ejemplo, una falla en el forzador del condensador, suciedad o flujo del aire incorrecto. La verificación de presencia de ácido en un sistema es una práctica de mantenimiento recomendada debido a que las condiciones de un sistema con presencia de ácido pueden ser eliminadas antes de que el compresor se arruine.

 

Refrigerador - Frigorífico - Nevera - HeladeraEl refrigerador es un electrodoméstico utilizado principalmente en la cocina hogareña o en laboratorios de estudio, que consta de un compartimento principal dedicado a mantener una temperatura de entre 2 y 6 C, y otro sector en donde se almacenan productos que se mantendrán a una temperatura de -18 C y que generalmente se denomina congelador.

El refrigerador (que además se lo puede encontrar denominado como nevera, frigorífico,  heladera o refrigeradora) es el electrodoméstico más común en el mundo. Dado que su misión principal es la de conservar alimentos a baja temperatura, es uno de los dispositivos más importantes que se encuentran en el hogar a nivel mundial.

De acuerdo al principio en el que se basa la producción del frío, se distinguen dos tipos de refrigerador: los de absorción y los de compresión.El frigorífico, toma calor del lado de baja temperatura de la unidad y lo expulsa hacia el exterior del mismo. Para realizar este proceso, el frigorífico necesita de una fuente de energía externa (motor eléctrico). El calor del producto a enfriar, es eliminado mediante el proceso de transferencia de calor. 

Con el fin de reducir la temperatura, el frigorífico a compresión (es el método más utilizado), utiliza la compresión y posterior expansión de un fluido refrigerante o gas, mientras que los frigoríficos a absorción, aprovechan la evaporación y posterior condensación de una mezcla de agua y amoníaco calentada mediante una resistencia eléctrica.

El origen de los refrigeradores o neveras, se remonta a la antigüedad, cuando el hombre ideaba la manera de conservar los alimentos, o mantenerlos fríos para su posterior  consumo. El propósito principal fue el de retardar la descomposición de los alimentos o mantenerlos fríos.

Funcionamiento del refrigerador o frigorífico

El funcionamiento del refrigerador se basa en un mecanismo muy sencillo. Entre sus componentes, encontraremos el termostato, que regula el frío del interior del refrigerador, y que además controla el funcionamiento del compresor que se encuentra cargado de un gas. A través de un proceso de compresión y descompresión del gas se logra que el calor del interior del refrigerador sea transportado hacia el exterior del mismo a través de una rejilla alojada en el exterior del mismo.

El principal componente en las neveras es el compresor, que recibe vapor refrigerante a baja presión y lo comprime. Al comprimirlo, se eleva la presión y temperatura del mismo. Luego, este vapor comprimido y recalentado circula por la tubería de salida del compresor hacia el condensador o intercambiador de calor, donde el vapor cede su calor o al aire frío que rodea al condensador. Es de esta manera, que el refrigerador o nevera hace descender la temperatura del vapor refrigerante hasta el punto de su condensación, y se transforma en líquido con la correspondiente liberación de calor.

El refrigerante que se encuentra en estado líquido, pasa desde el condensador hacia un recipiente y desde allí pasa por una válvula o tubo reductor, que disminuye su presión a medida que fluye por esté en dirección al evaporador. El aire caliente alojado en el interior del refrigerador, se transmite por contacto hacia el evaporador, y hace que el líquido se evapore. Este cambio de estado se produce aumentando la temperatura del refrigerante. Luego, el compresor aspira el refrigerante en estado de vapor, por el tubo de succión, y después de volverlo a comprimir lo devuelve nuevamente al condensador para iniciar un nuevo ciclo.

Refrigerador o frigorífico con sistema no frost

Esta tipo de refrigerador mantiene los alimentos durante más tiempo, sin congelar excesivamente. Su principal ventaja, a diferencia de los refrigeradores convencionales, es que no es necesaria su descongelación ya que no se forma hielo o escarcha en el compartimento de congelación.

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Se presenta para el mecánico la siguiente situación problemática: una cámara frigorífica perteneciente a un restaurante muy concurrido que ha experimentado una falla en su compresor... específicamente una falla mecánica. Y no es la primera vez que sucede. Este equipo en particular ha experimentado su segunda falla en los últimos años que estuvo operando, y el cliente está buscando que el mecánico le dé una garantía definitiva a la reparación para que no se reitere la misma falla otra vez. En la figura 1, podemos ver el diagrama del sistema frigorífico, sus componentes y la relación entre cada uno de ellos.

 

Figura 1

 

Y en la Figura 2, se puede observar una mirada más detallada de un segmento del sistema: la válvula de expansión termostática (VET), serpentina del evaporador y línea de succión.

 

Figura 2

 

La gran pregunta: ¿Cuál es el origen del problema que ocasiona la falla reiterada del compresor de esta unidad?

La respuesta: la raíz del problema es el incorrecto diseño de la tubería de aspiración. La tubería deberia haberse diseñado tal como lo muestra la figura más abajo, con una trampa. Con la linea de succión dirijida directamente hacia abajo en dirección al compresor, se producirá la migración del refrigerante hacia el cárter del compresor durante los ciclos de parada, provocando que durante el arranque del mismo, se produzca espuma ( mezcla de aceite y refrigerante ), y eventualmente de como resultado la falla mecánica del compresor. Nuestro sistema aparece además sin una válvula solenoide que debería formar parte de un sistema con trampa.

figura 3

 

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En un motor que no estuvo en marcha   durante   varios   años   se   pueden   producir   varios   inconvenientes que lo pueden afectar:"¢ Se ensució su carcasa

* El devanado se humedeció o ensució
* Se arruinó la lubricación de los rodamientos
* Los rodamientos se averiaron

Carcasa Sucia
Aunque  en  apariencia  es  una  banalidad, no olvidemos que la carcasa es el medio  por  el  que  el motor  despide  al medio ambiente el calor que se produce en su interior.

Una carcasa llena de polvo o suciedad atenta  contra  la  vida  útil  del motor  al impedir su ventilación. Limpiar al motor de polvo debería ser una medida habitual de mantenimiento.

No recomendamos pintar al motor para darle  una  "apariencia  de  nuevo",  ya que una capa adicional de pintura también  agrega  una  aislación  térmica  al motor,  perjudicando  la  disipación  del calor.

Devanado húmedo o sucio
La  humedad  reduce  la  resistencia  de aislación del bobinado; lo mismo pasa con  el  polvo  depositado  en  el  punto donde el bobinado entra en la ranura.  Entonces  es  recomendable  medir  la resistencia  de  aislación,  entre  cada bobina  y  masa  y  entre  las  fases  del motor analizado.

La  aislación  se  debe  medir  con  un megóhmetro de 500 V. Si se comprueba la resistencia de aislación  de  un  motor  monofásico debe desconectarse  el  capacitor  de  arranque.

La Norma de construcción de motores IEC   60   034   exige   una   aislación   de 1.000 Ω cada voltio nominal; es decir, para un motor normal de tensión asignada 3x400 V se exigen 400 kΩ; pero normalmente un motor deja   la   fábrica con una resistencia de aislación superior a los 30 MΩ, la pregunta entonces es: ¿Cuál debe ser el valor de nuestra medición   para   liberar   la   puesta en marcha del motor?

Si el resultado de la medición es mayor a 10 MΩ está todo bien; las corrientes de pérdida tendrán un valor tan ínfimo (menos de 40  µA) que no podrán afectar al aislante de las bobinas. En cambio si el resultado está entre   5 MΩ y 10 MΩ se recomienda abrir al motor   y       realizar una   limpieza   interna (con   pincel   y/o   soplete)   y   secado   del
devanado   en   un   horno,   ya   que   una corriente de pérdida persistente puede producir   un   daño   mayor   y   una   falla directa de aislación. Si el valor medido es cercano al límite superior de los 10 MΩ, tal vez sea sufi ciente con poner al motor en marcha,
en vacío, durante unas horas para que el   devanado   se   seque   y   recupere   la
aislación.

Si el resultado está entre 1 MΩ y 5 MΩ es recomendable además rebarnizarlo. Después   de   las   intervenciones   antes mencionadas,   volver   a medir   la   aislación del bobinado para ver si se alcanzó un valor elevado Si ya en   la primera medición se obtiene un   valor por debajo 1 MΩ es muy posible que aún   tomando   las medidas anteriores, de   limpieza, secado y barnizado, el motor no se recupere y si se pone en servicio se   destruya en poco tiempo.

El encargado de   la   tarea debe decidir si   aún   así,   de   todos modos,   pone   en marcha   al motor   hasta   conseguir   uno en mejor   estado. Sabiendo   que   debe esperar   inconvenientes a la brevedad.   Es casi imposible que en un taller, por eficiente   que   sea,   se   logren   resistencias de aislación muy superiores a los 10 MΩ. En la fábrica se logran valores superiores a los 30 MΩ porque el barnizado se hace sumergiendo al devanado   del   estator   en   barniz   caliente; dentro   de   un   autoclave   con   vacío; luego   de   extraerle   la   humedad.   Este método   de   barnizado   es,   por   cuestiones   económicas,   casi   imposible   de implementar en un   taller se reparaciones.

Lubricación de los rodamientos
Si al intentar rotar al eje del motor con la mano   notamos   que   hay   que   hacer mucho   esfuerzo   para   girarlo,   es muy probable   que   se   haya   endurecido   la grasa de   lubricación.

Los   motores   pequeños   modernos poseen   los   llamados   "œrodamientos blindados autolubricados"; no es posible lubricarlos.

Solos   los   motores   muy   grandes,   o especiales,   poseen   alemites   para reengrase. Si es así, existe una placa de engrase junto a la placa característica donde el fabricante indica el tipo y la cantidad de grasa a utilizar y   la   frecuencia con   la que debe   realizarse el reengrase,   es   decir,   cada   cuantas horas   de   servicio   se   debe   realizar   la tarea.   El   reengrase   debe   hacerse siempre con el motor en marcha. No se debe colocar grasa en exceso.

Rodamientos averiados
Si al intentar rotar al eje del motor con la mano notamos que hay un golpe o una     vibración,   esto   significa   que   el rodamiento esta "œmarcado", es decir, el eje sufrió un golpe que marcó   la pista interna del rodamiento.   El   golpe   puede   producirse   porque
alguien se paró sobre el cabo del eje o porque,   desplazando   al motor   tomándolo por el cabo de eje, se lo dejó caer al suelo con violencia.

Este   rodamiento debe   ser   reemplazado. También es posible que el mismo peso   del   rotor   apoyado   permanentemente   en   un   punto   dañe   a   la   pista interna   del     rodamiento.   Por   esto   se recomienda   girar   a   los   ejes   de   los motores que se encuentran en depósito para recambios de emergencias.

Autor del artículo: Alejandro Francke -Especialista en productos eléctricos de baja tensión, para la distribución de energía; control, maniobra y protección de motores y sus aplicaciones.

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La apropiada lubricación es necesaria para un servicio duradero de uno de los componentes considerado como el más caro dentro del ámbito de la refrigeración en supermercado. El compresor es tal vez el elemento más caro de una instalación frigorífica. Su vida depende de una apropiada lubricación para un máximo tiempo de servicio.

Existen diferencias significativas en los lubricantes de compresores de supermercado con refrigerantes HFC comparados con los aceites minerales usados en el pasado con los refrigerantes CFC.

Para poder asegurar una aceite limpio para el compresor, debe usarse un filtro diseñado específicamente para el lubricante usado. Un filtro deshidratador convencional remuve partículas en le rango de los 40 micrones, dejando el aceite limpio visualmente, pero dejándolo cargado con concentraciones de contaminantes peligrosamente pequeños (curva de Macpherson). Deben ser consideradas algunas cosas a la hora de seleccionar un filtro:El costo operativo de un sistema frigorífico se incrementa cuando son aplicados los refrigerantes HFC y aceite polyolester (POE). Sin embargo, este incremewnto puede ser minimizado si se toman medidas apropiadas.

Es importante saber que los aceites POE usados con los refrigerantes HFC están fabricados gracias a reacciones químicas que dan como resultado agua, la cual luego es eliminada, dejando el producto final con la lubricidad adecuada.

Por lo tanto, los aceites POE, por su propia naturaleza, son muchos más propensos a absorber agua (higroscópico) que los aceites minerales. Los lubricantes POE pueden absorber 10 veces más humedad que un aceite mineral. Además, los refrigerantes del tipo HFC como el R134a también tienen la habilidad de absorber agua que los tradicionales CFC. A 0º C, el R134a mantendrá 25 veces más agua en una solución que el R12.

El punto de saturación de los lubricantes POE es de alrededor de 1.500 ppm. El aceite expuesto a la atmósfera alcanzará su punto de saturación en cuestión de horas, dependiendo de la presión del vapor. El manejo descuidado del aceite POE por tan solo un breve período de tiempo durante o previa instalación, puede dar como resultado la aparición de humedad en el sistema frigorífico.

Las malas prácticas de servicio como por ejemplo, la falla en la evacuación luego de intervenir en un circuito, provocarán el mismo resultado. Una cantidad de 100 ppm o mayor (de acuerdo a los fabricantes de compresores) es suficiente para revertir la composición del aceite debido a la absorción de humedad, provocando la aparición de ácidos orgánicos y a base de alcohol.

No es necesario recordar, que no es deseable el ácido en un sistema frigorífico. El agua contenida en un sistema frigorífico puede congelarse en la válvula de expansión termostática durante la expansión del refrigerante. Un nivel de 50 ppm de humedad y una acidez 0.03 a 0.15 son valores típicos de un aceite POE (dependiendo del fabricante) cuando está contenido en su envase original o empleado en un sistema frigorífico sin haber tenido alguna intervención.

Si el aceite POE se humedece

Algunos fabricantes promocionan el uso de moléculas desecantes en aplicaciones con aceites POE. En la lógica búsqueda por incrementar la capacidad de eliminación de la humedad, sin embargo, existen otras consideraciones a tener en cuenta, incluyendo:

El resultado de excesiva humedad en el sistema, y además el calor generado por el compresor, provocarán la formación de ácidos inorgánicos. Las moléculas desecantes no son efectivas para remover ácidos.

Un filtro deshidratador que contenga alúmina, es excelente para quitar el ácido orgánico y los productos en descomposición del aceite. Rigurosas pruebas realizadas por laboratorios independientes, indican que los sistemas con HFC / POE son compatibles con la alumina. El carbón activado también debería emplearse ante la sospecha de presencia de cera o barro.

El tiempo es esencial

La humedad, los ácidos y la cera en el sistema, deberían ser eliminados lo más pronto posible. Un fabricante de filtros recomienda la aplicación de desecante en la línea del aceite para deshidratar el mismo. Este método pareciera ser el más rápido, pero un intento de deshidratar el aceite en este lugar del circuito tomará 100 veces más tiempo que en ves de instalar un filtro en la línea de líquido. Por lo tanto, refrigerante deshidratado es igual a aceite deshidratado.

Aceite polyolester como solvente de limpieza

El aceite POE tiene tendencia a actuar como solvente debido a su base acídica y alcohólica. Un sistema frigorífico funcionando durante años con aceite mineral y sin signos de contaminación puede volverse muy contaminado solo horas después de un retrofit con aceite POE. El color del aceite generalmente se volverá negro a medida que las tuberías del sistema son limpiadas por el POE.

El análisis de muestras de aceites POE tomadas de sistemas en funcionamiento, indican una alta concentración de partículas de 2 a 20 micrones, con un alto porcentaje de partículas entre 2 a 10 micrones. Hace varios años atrás se realizó una investigación para deteminar el impacto de estas partículas en los rodamientos de un compresor.

El resultado de dicha investigación fue la curva de Mc Pherson, la cual indica que la vida de los rodamientos se duplica cuando las partículas son de 3 o menos micrones. La proliferación, tamaño y concentración de partículas en el lubricante tendrán un impacto en la vida de servicio del compresor.

El costo de un aceite POE es de alrededor de 5 veces mayor que el costo de un aceite mineral.

Debido al alto costo, la mayoría de los mecánicos son recios a cambiar por aceites POE, incluso cuando el aceite se ha tornado negro debido a la contaminación. En vez de ello, consideran el uso de filtros de buena calidad, de mayor costo cuya efectividad es superior.

Asegurando un aceite limpio para el compresor


Ubicación del filtro: se recomienda instalar el mismo en la línea del aceite desde el separador de aceite hacia el reservorio o en la línea de alimentación de aceite hacia los controles de nivel, dependiendo de la aplicación. El filtro puede ser cambiado en cuestión de minutos en estas ubicaciones sin detener el sistema frigorífico.
Filtro de núcleo reemplazable: los sistemas extremadamente contaminados pueden requerir el reemplazo seguido del filtro. Un filtro con el núcleo reemplazable es más económico para este tipo de casos.

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