Unidad 2: Montaje de equipos frigoríficos.


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1 Módulo Profesional: Mantenimiento de instalaciones frigoríficas y de climatización. Profesor: Rafael Ferrando Unidad 2: Montaje de equipos frigoríficos. INDICE Teoría: - Sistemas de producción de frio: por compresión, por absorción, por evaporación.. - Componentes de los equipos frigoríficos: Unidades condensadoras, compresores, evaporadores, etc - Tuberías, trazado, montaje, pruebas. - Cuadros eléctricos y líneas de fuerza y control. - Condiciones de instalación de los equipos: salas de máquinas. Pruebas reglamentarias. - Mantenimiento de las instalaciones. Operaciones reglamentarias. - Medidas de seguridad en operaciones de montaje de instalaciones Práctica: - Operaciones de vacío de una instalación. Carga de refrigerante. Localización de averías. - Montaje de la instalación de una cámara frigorífica. - Montaje de un mueble frigorífico. INTRODUCCIÓN.- En esta unidad vamos a describir la gestión de un proceso de montaje de equipos frigoríficos, desde el punto de vista del encargado o jefe de montaje, el cual debe de realizar una planificación previa de los trabajos a realizar, una preparación de materiales y el diseño de los espacios para los equipos. También debe de seleccionar los componentes a partir de las especificaciones del proyecto, o calcularlos en función de las necesidades de la instalación. Para ello no sólo es importante estudiar la teoría del frío, sino que además debemos de conocer los equipos existentes en el mercado, en los catálogos de fabricantes y almacenes, para seleccionar los más adecuados a nuestra instalación. El alumno deberá de descargar el catálogo de refrigeración de un almacenista como Grupo Disco, Salvador Escoda, Pecomark, etc, y familiarizarse con todos sus apartados, para se capaz de seleccionar con rapidez un componente determinado. 1

2 2.1.- SISTEMAS DE PRODUCCIÓN DE FRÍO. Aunque la teoría de la refrigeración ya se ha estudiado en otros módulos de este ciclo, vamos a repasar brevemente los sistemas frigoríficos más habituales. a) Sistema por compresión: b) Sistema de absorción: c) Sistema de evaporación: El sistema habitual es el de compresión por su sencillez y alto rendimiento (cámaras, frigoríficos, equipos de climatización, etc.) Cuando se dispone de una fuente de calor se puede usar el de absorción, que casi no precisa potencia eléctrica (neveras de butano, grandes instalaciones de climatización). En grandes volúmenes se puede climatizar por evaporación con muy bajo consumo de energía (polideportivos cubiertos, naves y factorías de trabajo, granjas) REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN: SISTEMAS. Ciclo Simple: 2

3 Componentes: Compresor, condensador, expansor y evaporador. Es el ciclo más común en las instalaciones frigoríficas y de climatización. Se usa un fluido llamado refrigerante, que cambia de estado de líquido a vapor y viceversa, en unas transformaciones termodinámicas de: compresión adiabática, condensación isoterma, expansión adiabática y evaporación isoterma. Ciclos de dos etapas. líquido. Con el programa SOLKANE o DUPREX de fabricantes de gases refrigerantes, se pueden simular los ciclos de refrigeración complejos, obteniendo las condiciones y las potencias de cada componente. La teoría sobre todos estos ciclos se estudia con detalles en otro módulo de este ciclo formativo, por lo que nosotros nos centraremos únicamente en los aspectos de selección y montaje. Cuando la diferencia de temperaturas entre la evaporación y la condenación es demasiado elevada (por debajo de -30ºC), se utilizan ciclos de dos etapas. En ellos se utilizan dos compresores con un enfriamiento intermedio del vapor, sin que llegue a condensar. Este enfriamiento puede realizarse con una batería intermedia, o más sencillamente mediante la inyección de una parte del refrigerante Componentes principales de los circuitos de refrigeración comercial: - Compresor: comprime el vapor de una presión de 1-5 bar hasta bares. El vapor se calienta. - Condensador: enfría el vapor hasta unos 15ºC sobre la temperatura ambiente. El vapor se condensa y se convierte en refrigerante líquido. Se ha expulsado el calor del refrigerante al ambiente. - Calderín. Almacena el refrigerante en estado líquido. - Válvula de expansión. Es un orificio que deja pasar poco a poco el refrigerante líquido, manteniendo una diferencia de presión. Al bajar la presión el refrigerante tiende a volver al estado de vapor. - Evaporador. Se encuentra en el interior de la cámara a enfriar. Como está más frio absorbe calorías del recinto. Al final del evaporador el refrigerante es de nuevo vapor. - Vuelta al compresor para reinicial el proceso. - Otros elementos: en la práctica existen además diversos accesorios para mejorar y permitir el proceso, como: Filtro, visor, válvula solenoide, intercambiado, separador de aceite y de líquido, válvulas de presión constante, etc. 3

4 - También elementos de control como: termostatos, presostatos, sondas de temperatura, registradores, etc. REFRIGERANTES UTILIZADOS EN REFRIGERACIÓN COMERCIAL.- La sustitución de los antiguos refrigerantes se resume en el siguiente esquema Por ello, en la actualidad se encuentra ya prohibido el uso de los refrigerantes CFCs (R-502, R-12), y la reparación con R-22. (HCFC) Los refrigerantes en equipos nuevos (HFCs) son los siguientes: - Baja temperatura: R404a, R507, CO2. - Media temperatura: R404a, R134a. R Alta temperatura; R134A, R410a. Uso del equipo Refrigerante Refrigeración doméstica R134ª, R600 (isobutano) Climatización R134ª, R410a, R407c Climatización automóvil R134ª, R744 Refrigeración comercial T positiva R134a, R404A, R507 Refrigeración comercial T negativa R404A, R507 Refrigeración muy baja temperatura R23, R508 Refrigeración comercial grandes instalaciones R713 (amoníaco) El problema se encuentra en la existencia de numerosos equipos que siguen funcionando con los antiguos refrigerantes, y que en caso de avería no se les puede añadir su refrigerante, sino que debe ser sustituido por uno HFC compatible. - Equipos con R-502, sustituir por R404a, cambiando válvula de expansión y aceite. - Equipos con R-12, sustituir por R437a - Equipos con R-22, sustituir por R417, o R422 4

5 2.3.- COMPONENTES DE LOS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN- En la figura siguiente podemos ver los componentes habituales en la instalación frigorífica de una cámara de baja temperatura: Los elementos F solenoide arranque, R y P (válvulas reguladoras de presión, no son necesarios en la mayoría de aplicaciones. Las cámaras de temperatura positiva no suelen instalar los elementos siguientes: - D, separador de aceite; M, intercambiador de calor; O Resistencias eléctricas de desescarche - Separador de líquido si el compresor está más elevado que el evaporador. 5

6 COMPRESORES Los compresores frigorífico son los encargado de mantener la diferencia de presiones entre la parte de Alta y Baja presión. Existe una gran variedad para adaptarse a los diferentes sistemas frigoríficos: Según su envolvente exterior: Herméticos, semi-herméticos y abiertos. Según el tipo de compresión: Rotativos o alternativos Los Alternativos: pueden ser de dos cilindros, 4, 6 u 8. Los rotativos: de paletas, scroll, tornillo y centrífugos. Selección: - En potencias pequeñas predominan los herméticos, por su bajo precio y poco mantenimiento. - En equipos de climatización los rotativos. - En medianas potencias los scroll, por su buen rendimiento. - En cámaras frigoríficas los semiherméticos por su robustez y mejor mantenimiento. - En grandes potencias los de tornillo. Alto rendimiento y poco espacio. Partes de un compresor semihermético alternativo: - Carter. Engloba los cilindros y la envolvente del motor eléctrico. Se realiza con fundición. - Culatas. Contiene el plato de válvulas. - Cigueñal, bielas y pistones. - Motor eléctrico con estator o bobinado, rotor y conexiones. Sonda de temperatura. - Bomba de aceite. - Visor de aceite. - Resistencia de cárter. - Conexiones frigoríficas. Aspiración y descarga. Ejemplo de selección de un compresor semi-hermético: En la tabla siguiente de compresores Bitzer para R4044A o 507A, para una temperatura de evaporación de -25ºC, una condensación de 40ºC, y una potencia necesaria de W, se elige un compresor modelo 6F-40.2Y. Potencia absorbida 24,36 kw 6

7 Compresores de tornillo: Los compresores de tornillo son adecuados para medias y altas potencias por su elevado rendimiento, pequeño tamaño y su capacidad de regulación del 10 al 100% de su potencia. Pueden ser de doble rotor, o de simple rotor con satélites. La estanqueidad de los rotores se logra con el aceite, y por ello precisan de un circuito complejo de aceite con depósito, sistema de refrigeración y recuperador del mismo. Los compresores de tornillo tienen una pieza llamadas corredera, que abre o cierra la apertura del gas a los rotores, para variar la potencia, y que es movida por la presión del aceite. 7

8 Compresores herméticos: El compresor y el motor eléctrico se encuentran en el interior de una carcasa de chapa cerrada y por lo tanto hermética. Son de color negro o azul. Son económicos y muy seguros si se mantienen en las condiciones ambientales de diseño. Son utilizados ampliamente en equipos pequeños y en climatización. Los compresores herméticos pueden ser: - Alternativos, o de pistones. Muy usados en muebles frigoríficos pequeños. Vistos desde arriba son ovalados. - Rotativos. Usados en aire acondicionado. Son cilíndricos. - Scroll. Usados en medias potencias en frigoríficos y aire acondicionado. Son cilíndricos con la cabeza deformada. Los compresores herméticos tipo Scholl se van imponiendo sobre los semiherméticos en pequeñas y medias potencias, debido a: - Pequeño tamaño. Pocas piezas en movimiento. - Muy alto rendimiento. - Capacidad de variar su potencia en los Digital Scroll. Arranque de compresores: - Los pequeños compresores herméticos monofásicos arrancan mediante un relé de intensidad que conecta el bobinado de arranque, y a los pocos segundos se desconecta. - Los compresores herméticos de aire acondicionado arrancan con un bobinado auxiliar permanente, con un desfase de la corriente producida por un condensador. - Los motores trifásicos no precisan de arrancador. - Los motores semiherméticos grandes utilizan el sistema part winding, o bobinado partido, que consiste en dividir el motor eléctrico en dos motores, arrancando primero uno, y a continuación el otro. Protección de los compresores: - Los compresores herméticos se protegen con un relé térmico externo llamado clikson que se coloca en contacto con la carcasa. En los de mayor tamaño suele ser interno, sobre el bobinado. 8

9 - Los compresores semiherméticos se protegen con una sonda termopar instalada en el interior del bobinado, con un relé de control en la caja de conexiones llamado termistor. En ambos casos se produce la apertura de un contacto eléctrico caso de sobrecalentamiento de motor eléctrico. en Reparación de compresores: - Los compresores herméticos no se reparan, pues para acceder a su interior hay que cortar la carcasa. En caso de rotura se sustituyen, y sólo se reparan compresores a partir de 10 CV. - Los compresores semiherméticos pueden desmontarse y se dispone de repuestos para todas sus partes, pero en algunos casos debe valorarse el coste de uno nuevo. - Las partes más propensas a fallar son: plato de válvulas, aros de los pistones y bobinado. - En caso de tener que cambiar un compresor por otro de otra marca, son similares si tienen la misma potencia eléctrica, y el mismo desplazamiento en m3/h. Ejemplo de conexiones de los compresores Copeland DK10 9

10 CONDENSADORES El condensador es un intercambiador de calor que enfría el refrigerante hasta este se licua pasando de gas líquido. El condensador evacúa todo el calor absorbido por el evaporador, el generado por el compresor. que a más Los condensadores pueden ser: Refrigerados por de aire. Constan de batería aleteada y electroventiladores. Refrigerados por agua. Pueden ser tubulares concéntricos, de haz, de Evaporativos. Integrados en la unidad condensadora, o a distancia. Condensadores de aire: Constan de una batería formada por tubos de cobre y aletas de aluminio. Pueden tener uno o varios ventiladores. También se fabrican para montaje vertical, horizontal y en V. Los problemas principales vienen el ensuciamiento de la batería, y el fallo de los ventiladores. Los condensadores a distancia pueden se de uno o de varios circuitos, para conectar más de un compresor. Condensadores evaporativos: Llevan una ducha de agua sobre los tubos que mejora el enfriamiento, dependiendo de la humedad relativa del ambiente. La instalación comprende además una balsa de recogida del agua y una bomba impulsora. Con un condensador evaporativo se consigue rebajar la temperatura de condenación de 5 a 15ºC respecto uno de aire. También se reduce mucho su tamaño, ya que el calor latente de evaporación del agua es muy elevado. Por ello se usan en instalaciones de grandes potencias elevadas, a partir de 100 kw de compresores. Sin embargo el condensador evaporativo es una instalación de riesgo de propagación de Legionela. Debe contratarse un servicio de mantenimiento para clorarlo y desinfectarlo regularmente. 10

11 Condensadores de agua: Se utilizan en barcos y en lugares con un caudal de agua fría disponible (ríos, fuentes), o con un circuito cerrado con torre de enfriamiento. Los pequeños son de tubos concéntricos, y los mayores de tubos en haz. La regulación del caudal de agua se realiza mediante una válvula presostática, que mantiene la presión de alta constante. Los condensadores de agua presenta el problema de la corrosión, que puede llegar a perforarlos, con el consiguiente escape del refrigerante, y la posterior entrada de agua en el circuito frigorífico, con consecuencias desastrosas para todos sus componentes. Otro problema son los depósitos de cal, que disminuyen su rendimiento, y precisan de descalcificaciones periódicas. Presión de condensación: La presión de condensación en los equipos medios y grandes debe ser constante, y que no variar según cambia la temperatura del aire exterior. Esto se consigue instalando en el cuadro eléctrico reguladores de velocidad de los ventiladores, controlados por una sonda de presión. En los condensadores de agua de instalan válvulas presostáticas. Temperaturas: El condensador debe disipar la potencia frigorífica más el consumo eléctrico del compresor, que también se convierte en calor. La condensación se realiza en tres fases: - Enfriamiento. Beja la temperatura del gas de descarga. - Condensación. Temperatura constante, según la presión de su interior. - Sub-enfriamiento. Baja la temperatura del líquido. Condensadores de aire: - Incremento temperatura aire: de 5 a 6 ºC. - Temperatura de condensación: unos 14-15ºC sobre la temperatura ambiente. Condensadores de agua: - Incremento de temperatura de 5 a 12ºC - Temperatura de condensación 20ºC sobre la temperatura de entrada del agua, o 5ºC sobre la de salida. Selección de un condensador: La temperatura de condensación suele tomarse como: La capacidad del condensador Qc en Watios se halla con la fórmula siguiente: Qc = Qv. F1. F2. F3. F4. F5 siendo 11

12 Qv Capacidad del evaporador en w. F1 coeficiente en función del refrigerante. F2 coeficiente en función del salto de temperatura (normalmente 15ºC) F3 coeficiente en función de la altitud sobre el nivel del mar. F4 coeficiente en función del material de las aletas. F5 coeficiente en función de la temperatura de entrada del aire Se utiliza la tabla siguiente: En los catálogos comerciales se aportan tablas de selección rápida para cada modelo EVAPORADORES. El evaporador realiza la función contraria al condensador, es decir absorbe calor del ambiente y lo transmite al refrigerante para que hierva y pase de líquido a gas. El evaporador se instala dentro de la cámara o mueble frigorífico, y es el encargado de enfriar el ambiente del mismo. El evaporador se mantiene a unos 5-10ºC más fríos que el interior de la cámara. Tipos: De aire, de agua o de contacto. Los de aire pueden ser: Estáticos o de tiro forzado. Los de agua: Tubulares o de placas. Según el sistema: De expansión directa, de tipo seco y de tipo inundado. Colocación en la cámara: Si instalan elevadas en un extremo de la cámara, o en el centro si son estáticos. Se anclan con soportes o varillas aislantes de nylon. El recorrido del aire en el interior de la cámara debe 12

13 estudiarse para que barra todo su interior y la temperatura de la cámara sea uniforme. Diferentes tipos de evaporadores de aire según su colocación: - En pared. - En techo al fondo. - En el centro de la cámara. - En esquina. - Verticales de suelo. - Estáticos. Para repartir por igual el líquido refrigerante entre todos los tubos, se instalan Distribuidores de líquido. Selección de un evaporador: - El salto térmico entre la temperatura de la cámara y la temperatura del evaporador se llama Dt, y se toma: o 10ºC en evaporadores de tipo estático o 5ºC en evaporadores de tipo forzado. o 5 a 6ºC en evaporadores de agua. El Dt tiene un efecto sobre la humedad relativa interior en la cámara, según las gráficas siguientes: Una ves elegido el Dt según las necesidades de humedad del género a almacenar, tendremos la temperatura de evaporación será igual a la temperatura de la cámara menos el Dt. Ejemplo, si la temperatura interior es 0ºC, y el Dt es 5ºC, la temperatura de evaporación será Tev = Tint Dt = 0 5 = -5ºC. La separación de aletas: puede ser de 4, 6, 8 o 10 mm. Par bajas temperaturas tomar 4 mm, para medias y altas, 4 o 6, dependiendo de la cantidad de humedad que despida el producto. En evaporadores estáticos 8 o 10 mm. 13

14 Conociendo la temperatura interior, el Dt, y la separación de aletas, en un catálogo comercial se selecciona el tipo y se elige el modelo en función de la potencia demandada por el compresor en watios. Desescarche de evaporadores: Si la temperatura del evaporador está por debajo del punto de rocío del aire del recinto enfriado, de produce una condensación en las aletas, que descenderá hasta la bandeja inferior, y se evacuará por el desagüe. Es el caso de los equipos de aire acondicionado y las cámaras de alta temperatura. Pero si además la temperatura es inferior a 0ºC, esta agua de condensación se congela, formando escarcha, que es una especie de nieve. Esta capa de nieve va creciendo hasta bloquear el paso del aire, y como además es aislante, perjudica el intercambio de calor del evaporador. Por ello periódicamente se debe descongelar el evaporador, de las formas siguientes: - Cámara a temperatura de 0ºC o mayor: Con el aire de la cámara, al parar el compresor el evaporador se descongela por el propio ambiente de la cámara. - Cámara bajo 0ºC: Resistencias eléctricas: o Corte del paso del refrigerante al evaporador (y parada del compresor). o Arranque de las resistencias de calentamiento o baterías de agua o gas caliente. o Al calentarse el evaporador se detecta y se corta el calor de las resistencias. o Se deja transcurrir un periodo de escurrido. o Se reinicia el paso del refrigerante al evaporador. - Sistema con agua caliente: El evaporador tiene insertado un serpentín de agua caliente que se hace circular desde un depósito. - Con Gas caliente: Mediante una válvula solenoide se desvía el gas de la descarga del compresor a la entrada del evaporador. El sistema de resistencias eléctricas es el más empleado por su sencillez y fiabilidad. En grandes cámaras se emplean circuitos de gas de descarga (gas caliente) o agua calentada por los condensadores. Relojes de desescarche: Pueden ser analógicos, con dos esferas: en la roja indicamos los desescarches a realizar en las 24 horas del día, y en la verde la duración de cada desescarche. Normalmente unos 4 ciclos al día de minutos de duración cada uno. Tras el calentamiento hay que dejar escurrir el agua unos 5-10 minutos. 14

15 En las instalaciones más actuales se instalan programadores electrónicos, que además hacen la función de termómetro y termostato. Las principales averías en los evaporadores son: - Bloqueo por hielo. - Rotura de resistencias. - Rotura de ventiladores. - Desajuste del desagüe y goteo de agua VÁLVULAS Y ELEMENTOS DE SEGURIDAD Y CONTROL. Los elementos habituales en las instalaciones frigoríficas de una cámara son: - Válvula de expansión termostática. - Filtro secador. Retiene partículas y humedad. - Visor de líquido. Permite controlar el paso del refrigerante y su nivel de humedad. - Válvula solenoide. Cora o abre el paso del refrigerante al evaporador. - Separador de líquido. Retiene los golpes de líquido antes del compresor. - Separador de aceite. Devuelve el aceite de la descarga de nuevo al compresor. - Válvulas reguladoras de presión. - Presostatos. Controlan las presiones de circuito. - Termostatos. Controlan la temperatura de la cámara o mueble. Válvula de expansión: Una válvula de expansión consta de un elemento termostático (refrigerante) separado del cuerpo de válvula por una membrana. El elemento termostático está en contacto con un bulbo a través de un tubo capilar, un cuerpo de válvula y un muelle. El funcionamiento está determinado por tres presiones fundamentales: P1: La presión del bulbo que actúa en la parte superior 15

16 de la membrana y en la dirección de la apertura de la válvula. P2: La presión del evaporador, que influye en la parte inferior de la membrana y en la dirección del cierre de la válvula. P3: La presión del muelle, que igualmente actúa en la parte inferior de la membrana y en la dirección del cierre de la válvula. Cuando la válvula regula, hay un balance entre la presión del bulbo por un lado de la membrana y la presión de evaporación y del muelle por el lado opuesto de la membrana. Por medio del muelle se ajusta el recalentamiento. El recalentamiento se mide en el lugar donde está situado el bulbo en la tubería de aspiración, el resultado es la diferencia entre la temperatura existente en el bulbo y la presión de evaporación / temperatura de evaporación en el mismo lugar. El recalentamiento se mide en Kelvin (K) ó en C y se emplea como señal reguladora de inyección de líquido a través de la válvula de expansión. Elección de válvula de expansión termostática La elección de la válvula de expansión termostática (Danfoss) se realiza conociendo los siguientes datos: Refrigerante Presión de condensación Capacidad del evaporador Caída de presión a través de la válvula Presión de evaporación Igualación de presión interna o externa Subenfriamiento Identificación y selección El elemento termostático está equipado con una etiqueta (parte superior del diafragma). El código indica el refrigerante para el que está diseñada la válvula: X = R 22 N = R 134a Z = R 407C S = R 404A/ R507 L = R 410A La etiqueta indica así mismo, el tipo de válvula, rango de temperatura de evaporación, punto MOP, refrigerante, y presión máx. de prueba PS/MWP. En las válvulas TE 20 y TE 55 la capacidad nominal está sellada en una etiqueta adherida a la válvula. La tobera es un accesorio que regula la capacidad de la válvula d eexpansión. Se seleccionan de un catálogo, indicando la potencia necesaria, y las condiciones de temperatura de evaporación y condensación. 16

17 Montaje La válvula de expansión se monta en la tubería de líquido delante del evaporador, y su bulbo se sujeta a la tubería de aspiración lo más cerca posible al evaporador. En caso de que haya igualación de presión externa, la tubería de igualación deberá conectarse a la tubería de aspiración inmediatamente después del bulbo. Válvulas de expansión electrónicas. Utilizan un sensor de temperatura en lugar de bulbo, y una electroválvula de impulsos para controlar el paso de refrigerante. Se sirven con un controlador digital a instalar fuera del espacio frío. Ventajas: superior rapidez en la respuesta a los cambios. También son indicadas para inyecciones intermedias de líquido Válvulas de solenoide. Cortan el líquido al evaporador. Constan de cuerpo y bobina. Pueden ser de abocardar o de soldar. Para diámetros mayores de ½ son pilotadas, es decir una pequeña válvula de presión a una cámara con membrana, que es la que abre el paso total del refrigerante. La bobina puede ser de diferentes tensiones (24V, 240..), y se sustituye en caso de rotura. Válvulas de control de la presión. Válvulas para mantener un evaporador a una determinada presión de evaporación. Se utilizan en el caso de centrales frigoríficas que suministran diferentes evaporadores, instalándose en los de temperatura más alta. También se utilizan en los condensadores para mantener una presión mínima de condensación, o en el caso de descongelación por gas caliente. Tubos capilares. Los tubos capilares se utilizan sobre todo en pequeños muebles (frigoríficos domésticos) y equipos de climatización. El factor de selección es su diámetro interior y su longitud. El capilar se calcula para unas determinadas condiciones de potencia y temperaturas, por lo que no existe regulación posterior una vez instalado (ver anexo al final del tema). 17

18 Termostatos. Controla la temperatura del espacio frió, abriendo o cerrando un contacto eléctrico. Llevan tres bornes: común, abierto y cerrado. Se instalan en el exterior, con sonda o bulbo en el interior. Los digitales pueden instalarse en el propio cuadro eléctrico, haciendo también la función de termómetro. Presostatos. Controlan las presiones del circuito. Pueden ser de Alta, de Baja o de Alta y Baja. El de Alta suele ser con rearme manual. Es decir para el equipo y hay que acudir a pulsar el botón de desbloqueo, tras inspeccionar la causa de la avería. Sin embargo el de Baja para el compresor, que arranca el volver a subir la presión. En el ajuste hay que fijar el punto de apertura (cut off), y del diferencial, o valor que hay que superar antes de volver a actuar. Por ejemplo, si e fijamos el punto de apertura en 1 bar, y el diferencial en 0,5 bar, el presostato (de Baja) abrirá el contacto eléctrico al bajar la presión hasta 1 bar, y lo cerrará de nuevo cuando la presión suba a 1,5 bar. Existen también pequeños presostatos compactos con valor fijo que se instalan en pequeños equipos para protegerlos de sobrepresiones. También electrónicos con una sonda de presión. Presostato diferencial de aceite. Puede para el compresor si su cárter está a más presión que la que suministra la bomba de aceite, pues entonces el aceite no circularía. Tiene un botón de rearme. 18

19 Válvulas de corte. Sirven para aislar una parte de la instalación. Su instalación es siempre conveniente para el mantenimiento de los equipos. Válvulas de seguridad. Se instalan en los calderines de refrigerante, y descargan al exterior el gas en caso rebasar la presión su límite de tarado. Pueden ser de presión fija o ajustable. Su tamaño debe calcularse en función de volumen de refrigerante de la instalación. La descarga debe ser conducida al exterior de la sala de máquinas con un tubo de sección suficiente. En equipos pequeños se instalan tapones fusibles, que se rompen al sobrepasar su presión máxima. El presostato de Alta debe fijarse a un valor por debajo del tarado de la válvula de seguridad. Otros elementos. Filtros deshidratadores: retienen partículas del circuito, y absorben la humedad. Pueden bloquearse y precisar su sustitución. Esto se detecta por enfriarse y escarcharse. Visor de líquido: muestra el paso del refrigerante. Indica si hay humedad. Válvulas anti-retorno: Sólo dejan circular el líquido en una dirección. Calderín: Almacenan el refrigerante. Pueden ser verticales u horizontales. Incorporan: - Válvula de entrada (si la hay) - Válvula de salida (siempre) - Válvula de seguridad. Los calderines son recipientes a presión con una placa de timbrado, en la que se indica su volumen, su presión nominal (la máxima de servicio), y la de prueba y su fecha de fabricación. Los calderines se dimensionan para contener todo el volumen de refrigerante de la instalación que es: - Volumen de los evaporadores x 1,2 Separador de aceite: Se instala en la descarga del compresor, y antes del condensador. Tiene un filtro de malla que escurre el aceite. Del separador se tiende un tubo hasta el cárter del compresor para retornar el aceite. Es necesario en instalaciones de baja temperatura. Intercambiadores de calor: Tienen cuatro conexiones, dos para gas y dos para líquido, Se conecta el líquido antes de la válvula de expansión, y el gas tras el evaporador. 19

20 Mejoran el rendimiento de las instalaciones de baja temperatura. Separador de líquido: Se instala antes del compresor, para retener gotas o golpes de líquido, en caso de cortes de luz o anomalías en el evaporador. Silenciadores: Reducen el ruido de golpeteo del compresor. Muy usados en equipos de climatización. Se instalan a la salida de los compresores. Controladores de nivel de aceite: Se usan en centrales frigoríficas para repartir el aceite entre los compresores por igual TUBERÍAS FRIGORÍFICAS. Las tuberías frigoríficos se tienden entre la unidad condensadora y el evaporador: - Material: cobre, recocido en rollos o rígido en barras de 5m. Si el refrigerante es amoníaco no puede utilizarse el cobre. - Uniones: soldadura fuerte. Abocardadas hasta 19 mm y embridadas. - Montaje: Al aire, sobre grapas, abrazaderas, bandeja o canaleta. Normas: - Se tenderán en trazos verticales u horizontales, pero siempre con ligera pendiente del tubo de aspiración hacia el compresor. - Se aislara térmicamente el tubo de gas, y no el de líquido. - En líneas de aspiración vertical ascendente deben instalarse trampas de aceite cada 4 o 5 m. Diámetros de la tubería de cobre comercial: (se mide por el exterior). Pulgadas mm Pulgadas mm ¼ 6,35 1 3/8 28,57 3/8 9,52 1 5/ /8 12,70 2 1/8 41,27 ¾ 15,87 2 5/ /8 19,05 3 1/ /8 22,22 El cálculo de las tuberías frigoríficas se realiza manteniendo una velocidad suficiente para que el aceite retorne al compresor: - Tuberías de descarga: 10 a 15 m/s. - Tuberías de aspiración; 4 m/s en tramos horizontales y 7 m/s en verticales ascendentes. - Tuberías de líquido: 0,5 a 1,25 m/s. 20

21 Además se debe fijar una caída de presión máxima en las líneas que se corresponde con 0,5ºC de aumento de la temperatura de saturación, y que se estima en: - Tuberías de descarga: 0,5 kpa (1ºC) - Tuberías de aspiración: 0,1 kpa (1ºC) - Tuberías de líquido: 0,5 kpa.( 0,5 ºC) Esto en la mayoría de refrigerantes equivale a una caída de presión de unos 0,2 Bar, o 20 kpa. Para cada refrigerante existen tablas en función de la potencia frigorífica, y las temperaturas de evaporación y condensación (ver anexos al final del tema para R134a y R404A). Proceso: a) Por velocidad - En la gráfica de velocidades, entrar por la potencia, descender hasta la barra inclinada de líquido, y trazar una raya horizontal hacia ala izquierda. Repetir bajando hasta la temperatura de evaporación. - En la parte inferior, para una T condensación 50ºC, trazar raya vertical desde: 1 m/s a raya de líquido, y 4m/ a raya de gas. - En el punto de intersección tomamos el diámetro mayor de las rayas que lo delimitan. b) Comprobación de la caída de presión: - Entrar por la potencia bajando igual que en la gráfica anterior, y trazando rayas horizontales. - En la intersección con los diámetros seleccionados antes por velocidad, trazar raya vertical hacia abajo, y obtener para la T condensación 50ºC la pérdida de presión en kpa por metro de tubería. - Multiplicar este valor por la longitud total de la tubería en metros, añadiendo un 25% por los accesorios. Si la pérdida de presión es superior a 50 kpa en líquido, o 20 kpa en las de gas, aumentar un diámetro y volver a comprobar. También se puede realizar con los programas Coolpack de Danfoss, o Solkane LÍNEAS ELÉCTRICAS DE ALIMENTACIÓN Y CONTROL. La alimentación a los equipos se debe de realizar partiendo de un cuadro de distribución en Baja Tensión, de suficiente potencia para la demanda de los equipos a instalar. Como potencia total de la instalación tomaremos la suma de: - Compresor - Ventiladores condensador y evaporador. Comprobaremos que la potencia de resistencias de desescarche no es mayor que la anterior. En el cuadro BT se partirá de un embarrado y se instalará una protección magnetotérmica y diferencial. La línea de alimentación se calculará por intensidad máxima, y por caída de tensión, multiplicando la potencia de la máquina por un factor de arranque que no será menor de 1,25. Los conductores serán todos de tipo sin emisión de humos en locales de pública concurrencia (bares, supermercados, etc.)0. El cálculo de la sección de conductor se realizara en dos fases: a) Por intensidad máxima, utilizando la tabla del reglamento electrotécnico BT.(ver tabla ) 21

22 P (Watios) I = V (voltios). Cos φ. 3 Seccion mm2 Intensidad A Seccion mm2 Intensidad A 1, , (4 conductores XLPE bajo tubo empotrado o al aire) b) Por caída de tensión en líneas largas (+30 m), con un máximo del 3%. P (kwatios ). L (m). 0,0122 e% = S (mm2) (e = caída de tensión en %. Válida para líneas trifásicas a 380V) Se deben separar las líneas de potencia y las de control en tubos o canalizaciones distintas, y también las de tensiones diferentes (24V). En el exterior o lugares húmedos es preferible emplear mangueras al aire o en bandeja, con las entradas en los aparatos mediante prensaestopas CUADROS ELÉCTRICOS. Si se instala un cuadro eléctrico de control en las instalaciones, deberá de situarse lo más cercano posible a los equipos para poder maniobrar y apreciar el resultado. Siempre en el cuarto o recinto de las máquinas. En caso de cuadros centralizados se deberá evitar una excesiva distancia a los equipos. Normas: c) Puede ser metálico o de poliéster. d) Es conveniente que sea resistente a las gotas de agua IP-55. e) Es conveniente que exista un interruptor general de corte en tapa o lateral. f) Las protecciones a instalar serán: a. Magnetotérmicos o fusibles para la fuerza y maniobra. (compresor, ventiladores, resistencias y maniobra) b. Interruptores diferenciales en fuerza y maniobra. g) En caso de varios servicios, se separarán las protecciones de cada uno. h) Es preferible la instalación de termómetros digitales en el propio cuadro. 22

23 Controladores digitales: Los equipos más recientes se instalan con controladores digitales que pueden manejar: - Función termostato y termómetro, arranque compresor. - Desescarche, control de ventiladores evaporador y resistencias. - Presión de condensación. Telecontrol: La implantación de un sistema de telecontrol en instalaciones frigoríficas complejas es conveniente, ya que permite: i) Conocer en tiempo real el estado de los espacios fríos. j) Conocer las averías o alarmas, con aviso automático al servicio técnico. k) Realizar estadísticas de la instalación: temperaturas, consumos, etc. l) Conexión a redes de ordenadores o internet. Con estos sistemas el usuario puede vigilas su instalación frigorífica vía internet, conociendo temperaturas, consumos, alarmas, etc. Las empresas de mantenimiento frigorista pueden recibir avisos al teléfono móvil por SMS en caso de alarmas en las instalaciones que controlan, e incluso ver en tiempo real el cuadro de control de la instalación. Sensores: Los sensores proporcionan a los controladores información sobre parámetros de la instalación. Los más usados son: - De temperatura. Pueden ser de tipo Termopar, PTC ó NTC. Son muy frecuentes las sonda PT-100 y PT De humedad. - De presión. Se roscan en la tubería. - De intensidad. Miden la corriente absorbida por un receptor. - De caudal. Contadores de impulsos. - Digitales. Contactos abiertos-cerrados. Termostatos, Presostatos, interruptores de mando. 23

24 Los sensores digitales envían un valor que es tensión/no tensión Los sensores analógicos dan una salida proporcional al valor medido, que puede ser: - De tensión mv - De intensidad 4-20 ma. Al conectar un sensor a un controlado hay que verificar que es del tipo requerido, y ajustar el controlador al rango de medida del sensor. Ejemplo: Sensor de presión 0-40 bar, salida mv Nos indica que si la presión del circuito es de 40 bares, enviará una salida será de tensión de 100 mvolts. En el controlador debemos ajustar el mínimo de la escala en cero, y el máximo en UNIDADES CONDENSADORAS Se suministran con una serie de elementos ensamblados. Composición: m) Compresor n) Condensador de aire con ventiladores, o de agua. o) Calderín de líquido. p) Separador de líquido, presostatos, y llaves, etc. De la unidad condensadora hasta la cámara parten dos tubos de cobre (tubo de líquido o de alta, y tubo de gas o de baja), y los conductores de control para el evaporador, resistencias, termostato, etc. Tipos de unidades condensadoras: Refrigeradas por aire o por agua. Compresores herméticos, semi-herméticos o abiertos. Carrozadas o al aire. Ventiladores axiales o centrífugos. Conjuntos monoblock insonorizados. Elección: - Los equipos con compresor hermético son más económicos que con semi-hermético, pero estos últimos son más fiables y duraderos. - Para muebles frigoríficos se suele instalar unidades con compresor hermético. - Para cámaras y muebles grandes, equipos semi-herméticos. - Si puede haber problemas de ruido se instalarán unidades carrozadas con ventilador centrífugo. - Los compresores Scroll se van imponiendo por su rendimiento y seguridad. 24

25 - En grandes potencias son preferibles los compresores de tornillo. Selección de una unidad condensadora: con el catálogo de un almacenista como Pecomak, Grupo Disco, Levantina de Refrigeración, etc., podemos acceder a un extenso catálogo en el que debemos de distinguir: 1- Refrigerante: R4044A, R134a, R407c, R717, R Temperatura de evaporación. (unos 5ºC bajo la temperatura interior). 3- Temperatura de condensación. Unos 15 ºC sobre Temperatura máxima de verano. 4- Tensión de la corriente monofásica / trifásica. 5- Potencia frigorífica en Watios, a la temperatura de evaporación, según el cálculo de cargas o las indicaciones del mueble frigorífico (en algunos casos en Watios por metro lineal de mueble). Buscamos en las tablas una unidad condensadora que alcance la potencia pedida por la cámara o mueble, en las condiciones mencionadas (refrigerante, temperaturas de evaporación y condensación). Una vez seleccionada, anotaremos sus dimensiones (ancho, fondo, alto), y también otros datos como: q) Potencia eléctrica y tensión, para dimensionar la línea eléctrica y protecciones. r) Diámetros de tuberías de aspiración y descarga. s) Dimensiones totales y peso. En la tabla siguiente vemos una página de un catálogo de unidades Copeland. 25

26 Si las unidades condensadoras se instalan en entornos de viviendas, la unidad puede ser de tipo carrozado, siendo un conjunto con la condensadora encerrada en una caja aislada acústicamente. Los ventiladores son centrífugos, para conducir el aire al exterior, tras pasar por un silenciador acústico (ala entrada y a la salida. Condiciones de instalación de las unidades condensadoras: - Deben Instalarse al exterior, pero protegidas de la lluvia con una cubierta. También en el interior, con ventanas de toma y descarga del aire amplias, y protegidas con mallas. - Hay que dejar un espacio alrededor de cada equipo de 60 cm, para su mantenimiento. - Los equipos deben instalarse sobre una bancada realizada con hormigón, de unos cm de alto. - Pueden realizarse bancadas elevadas con perfiles en L. - Bajo cada unidad condensadora debe colocarse una placa de corcho sintético antivibraciones, o instalar Silent-blocks adecuado al peso del equipo. - El Cuadro eléctrico debe de situarse cerca de los equipos. - En caso de colocar varias unidades, hay que mantener una distancia entre ellas de unos 0,30 m. Ventilación: Si se sitúan en el interior de un local, hay que prever una importante ventilación, o tendremos problemas de elevadas temperaturas, alta presión de condensación, y por lo tanto elevado consumo de energía. En muchas ocasiones se enfrenta el condensador a una ventana, para que tome el aire directo del exterior, y salida por otra ventana o por la puerta con rejilla. También pueden instalarse al exterior en terrazas, o sobre un soporte de muro, pero entonces es conveniente proteger los equipos de la lluvia con un cubierta. Siempre hay que procurar que los equipos no reciban el aire caliente de otros vecinos. Debido al elevado volumen de aire que atraviesa la batería del condensador, esta se ensucia y precisa de limpiezas periódicas en el mantenimiento del equipo. Se puede realizar con una manguera o con agua caliente, e incluso con disolventes de grasas. 26

27 2.5.- CENTRALES FRIGORIFICAS Una central frigorífica es una unidad condensadora con varios compresores en paralelo, capaz de adecuar su potencia frigorífica a la demanda de múltiples evaporadores conectados a ella. El uso típico es un supermercado, o un centro con múltiples cámaras, en los que nos evitamos tener que instalar numerosas unidades condensadoras si ponemos una para cada servicio. De la central parten dos tubos, uno de líquido o Alta, y otro de gas o Baja que recorren el local, derivando los circuitos necesarios a cada evaporador. En la línea a cada evaporador instalaremos una válvula de solenoide, controlada por el termostato de la cámara o mueble. Los conforme se abre o cierra el refrigerante líquido a los evaporadores, aumenta o disminuye la presión de aspiración o Baja, y en la central que se encuentra en una sala específica, los compresores arrancan o paran intentando mantener constante dicha presión. Pueden estar formadas por compresores herméticos, semi-herméticos o abiertos. Su esquema frigorífico es el siguiente: 27

28 Sus componentes son similares a los de una unidad condensadora, pero además tienen: - Un colector de aspiración y uno de descarga para los compresores. - Una válvula antiretorno en la aspiración de cada compresor. - Un separador de aceite, un depósito elevado de aceite, y un sistema de reparto y nivelado del aceite del cárter de cada compresor. - Presostatos de Alta y Baja para cada compresor. - Sondas de presión de Alta y Baja. - Un sistema electrónico de arranque y alternado de compresores en función de la demanda. El condensador puede estar incorporado, pero es más frecuente que se instale a distancia. Se instalan en salas de máquinas o al exterior. En se puede consultar un buen catálogo de centrales frigoríficas. Selección de la central frigorífica: 1) Agruparemos los servicios (cámaras o muebles), por su temperatura de evaporación: baja (Temp. Interior < 20ºC), media (-10 a +5ºC) y alta temperatura (> 5ºC) 2) Sumaremos las potencias de cada grupo. 3) Elegiremos una central para cada grupo, o unidad condensadora si o hay más de dos, capaz de suministrar esa potencia frigorífica. 4) Intentaremos que la potencia del evaporador más pequeño sea coincidente con la de uno de los compresores. 5) Procuraremos unificar refrigerantes en baja y media temperatura. 6) A continuación seleccionaremos el condensador necesario. 7) En caso de evaporar a temperaturas diferentes, por ejemplo varios equipos a -5ºC y otros a 0ºC, tendremos que instalar válvulas reguladoras de presión de evaporación en los de temperatura más elevada de forma que retengan gas, y hacer funcionar la central a presión de evaporación mínima. Ejemplo de catálogo de centrales con compresores semiherméticos 28

29 Tuberías: es muy importante que las derivaciones a los diferentes servicios desde la tubería principal se realicen: - En el tubo de gas vertical hacia arriba. - En el tubo de líquido vertical hacia abajo. - A la salida de los evaporadores realizar siempre un sifón, También se cuidará la realización de sifones en: - Tubo de gas y de líquido antes de los tramos ascendentes. - Tramos ascendentes cada 8m. Las entradas de gas a los condensadores será siempre por arriba, dividiendo la tubería en tramos iguales. Instalación en cada servicio (cámaras o muebles frigoríficos): La instalación frigorífica a realizar en cada servicio consistirá en: - Dos Tes para derivar las tuberías de líquido y Gas a la cámara o mueble. - Una válvula de solenoide, que abre o cierra el paso del refrigerante. - Una válvula de expansión adecuada al evaporador. - Un evaporador, con o sin resistencias de desescarche. - Un cuadro eléctrico de control del servicio, con termómetro, reloj programador y mandos manuales. 29

30 2.6.- INSTALACIÓN DE LOS EQUIPOS FRIGORÍFICOS. En sala de máquinas. Se entiende por SALA DE MAQUINAS un recinto donde se ubican de forma exclusiva los equipos frigoríficos. Se gula en la MI-IF-007 Condiciones principales: - Dimensiones suficiente, altura mayor de 2,30m. Estructura, paredes resistentes. - Puerta metálica RF-60, con un ancho de 1 m, o según tamaño de los equipos interiores. - Ventilación, natural con rejillas de entrada y salida de aire, o forzada - Iluminación adecuada. Luz de emergencia. Extintor de incendios. Corte de energía a la entrada. Un cartel de prohibido el paso a personas no autorizadas Cálculo de la ventilación según Reglamento: En ventilación natural, la superficie total de abertura libre para la ventilación natural de una sala de máquinas específica deberá ser de al menos: A = 0,14 x m donde: - A es el área de abertura libre, en metros cuadrados - m es la carga de refrigerante, en kilogramos, existente en el sistema de refrigeración que cuente con mayor carga, cualquiera que sea la parte del mismo que se sitúe en la sala de máquinas específica; Si la ventilación es forzada, el caudal mínimo será en litros por segundo (l/s): V = 14. m 2/3 Otras consideraciones: - Si hay problemas de ruido puede tomarse el aire y expulsarse mediante un ventilador centrífugo, intercalando sendos silenciadores. - Espacio para contener los equipos con distancias para el mantenimiento. Una toma de corriente para trabajos. Un detector de gas (recomendable). - En el plano siguiente podemos ver una sala de máquinas con una central frigorífica para un pequeño supermercado. 30

31 PRUEBAS Y PUESTA EN MARCHA. Las pruebas y puesta en marcha de las instalaciones se regulan en la MI.IF-09. Antes de la puesta en servicio de un sistema de refrigeración todos sus componentes o el conjunto de la instalación deberán someterse a los siguientes ensayos: a) Ensayo de resistencia a la presión. b) Ensayo de estanquidad. c) Ensayo funcional de todos los dispositivos de seguridad. d) Ensayo de conformidad del conjunto de la instalación. Presión de servicio máxima de la instalación (PS) Viene indicada en la IF-06, en función de las condiciones ambientales. Las presiones de diseño y pruebas relación con la presión de servicio se indican en la tabla siguiente: Las pruebas normalmente se realizan con un equipo de Nitrógeno. Realización de la prueba de presión. Su función es verificar que los elementos soportan sin deformación las interior. 1) Las juntas sometidas a la prueba deberán estar perfectamente visibles y accesibles, así como libres de óxido, suciedad, aceite, u otros materiales extraños. Las juntas solamente podrán ser pintadas y aisladas o cubiertas una vez probadas. 2) Deberá realizarse una prueba previa a una presión de 1,5 bar antes de otras pruebas con objeto de localizar y corregir fugas importantes. presión 31

32 3) La presión en el sistema deberá ser incrementada gradualmente hasta alcanzar el 100% de ésta. La presión de prueba deberá mantenerse en el valor requerido durante al menos 30 minutos. Después deberá reducirse hasta la presión de prueba de estanqueidad. Prueba de estanqueidad. Es similar a la de presión, y tiene por objeto verificar la ausencia de fugas. Suele durar 24 h. Se eleva la presión y tras 24 horas se comprueba que no ha descendido, y no aparecen fugas en las soldaduras y conexiones EL MANTENIMIENTO DE LOS EQUIPOS. El mantenimiento de las instalaciones frigoríficas se realiza por un Instalador-mantenedor frigorista autorizado, están regulados en la instrucción IF-014 y consisten principalmente en: a) Verificación de todos los aparatos de medida control y seguridad así como los sistemas de protección y alarma para comprobar que su funcionamiento es correcto y que están en perfecto estado. b) Control de la carga de refrigerante. c) Control de los rendimientos energéticos de la instalación. Revisiones periódicas obligatorias: - Las instalaciones se revisarán, como mínimo, cada cinco años. - Las instalaciones que utilicen una carga de refrigerante superior a 3000 Kg. y posean una antigüedad superior a quince años se revisarán al menos cada dos años. Las revisiones periódicas obligatorias comprenderán como mínimo las siguientes operaciones: Nº Operación 1 Revisión del estado exterior de los componentes y materiales con respecto a posibles corrosiones externas y la protección contra las mismas. 2 Revisión del estado interior de los aparatos multitubulares, una vez vaciados y desmontados los cabezales y las tapas de estos. 3 Desmontaje de todos los limitadores de presión y elementos de seguridad, comprobación de su funcionamiento y, en caso necesario, calibración, ajuste, reparación o sustitución, tarado a las presiones que correspondan e instalación, de nuevo o por primera vez, en el sistema. 4 Revisión de los recipientes frigoríficos para comprobar si han sufrido daños estructurales, si han estado fuera de servicio por un tiempo superior a dos años o han sufrido alguna reparación. En estos casos, y de acuerdo con lo indicado en la segunda nota del punto 1 del Anexo III del Reglamento de Equipos a Presión, aprobado por el RD 2060/2008, de 12 de diciembre, se realizará una inspección de nivel C tal y como se indica en el punto de la presente Instrucción. 5 Revisión del estado de las placas de identificación procediendo a la reposición de las deterioradas. 6 Revisión del estado de las tuberías. 7 Revisión del estado del aislamiento. 8 En las instalaciones frigoríficas con carga de refrigerante superior a 300 Kg. se comprobará mediante la técnica termográfica el estado del aislamiento de las tuberías y aparatos a presión de acero al carbono aplicando un sistema eficaz de muestreo. 9 Revisión del estado de los detectores de fugas. 10 Revisión del estado de limpieza de las torres de enfriamiento y condensadores evaporativos. 11 Revisión de los equipos de protección personal reglamentarios. 32

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