1
Fundamentos básicos
Componentes del AC

INTRODUCCIÓN

Para establecer una temperatura deseada dentro de un cuarto, debemos emplear equipos diseñados para extraer el calor y la humedad, a estos equipos se les denomina “acondicionadores de aire”, los cuales mediante el trabajo de todos sus componentes logran climatizar el lugar, hasta obtener el confort deseado por el usuario.

Su ciclo de trabajo es “hermético”, (no tienen contacto con la atmosfera exterior), y cualquier partícula de contaminante dentro de este sistema afecta directamente la eficiencia del mismo, (humedad o gases no condensables contenidos en el aire libre de la atmosfera).



Componentes principales

Consideraciones importantes para su uso

Escuchar

Componentes principales y su función en un sistema Acondicionador del Aire.

El sistema de aire acondicionado y refrigeración cuenta con cuatro componentes esenciales para el trabajo de climatización que son los siguientes:

Pasa el cursor para ver la información.

Compresor


Succiona el gas en estado de vapor a “baja presión”, lo comprime y mediante la compresión incrementa su presión hasta convertirlo en “gas a alta presión” para descargarlo al condensador.

Condensador


Con la ayuda del aire que produce el aspa, retira el calor que el gas adquirió, mediante la compresión ejercida por el compresor, al fluir por los tubos de los circuitos, reduce su presión y cambia de gas a alta presión a líquido a alta presión, para posteriormente pasar a través del elemento de expansión.

Elemento de Expansión


una vez condensado el gas refrigerante debemos hacerlo pasar por un tubo más delgado (con orificio del grueso de un cabello) para lograr la expansión, la función de la válvula de expansión o tubo capilar es disminuir la presión, para que el líquido a alta presión cambie a liquido saturado a baja temperatura y baja presión.

Evaporador


Elemento encargado de climatizar el área, debido a que por el interior de sus tubos pasa el gas refrigerante “liquido saturado” a baja temperatura, misma que transfiere al aletado, y estos a su vez la transfieren al aire que pasa a través de ellos y los roza, a este fenómeno se le llama “intercambio de temperaturas”. De esta forma logra bajar la temperatura del cuarto, esto se logra con la ayuda de la turbina que succiona el aire y lo hace pasar a través del evaporador, cuando esto pasa el gas pasa de un estado “liquido” a “gas a baja presión”, debido a que su fórmula química permite que hierva con baja temperatura.
Escuchar

Este ciclo consta de 4 etapas básicas que se presentan en el gas usado como refrigerante:

Pasa el cursor por el texto para ver la información.
COMPRESIÓN
Es cuando se incrementa la presión y la temperatura del gas refrigerante.
EVAPORACIÓN
En esta etapa el gas refrigerante en estado líquido a baja presión, transfiere el frio a los tubos y aletas, para realizar un intercambio de temperaturas, (deja el frio y se lleva el calor) esta acción lo hace regresar al estado de gas a baja presión con el que inició.
CONDENSACIÓN
Con la inyección de aire a temperatura ambiente se logra disminuir la presión y temperatura del gas refrigerante.
EXPANSIÓN
El gas refrigerante al pasar por un tubo más delgado disminuye su flujo para reducir su presión y temperatura considerablemente. (A esta acción se le llama caída de presión).




Escuchar
Ingeniería, funcionamiento y diseño de los componentes de un acondicionador de aire.

Un sistema acondicionador del aire que es diseñado para garantizar el confort, debe mantener adecuadas las tres condiciones de la mezcla de aire, (Humedad, Temperatura y Movimiento), además de proveer excelente calidad de aire al purificarlo mediante una adecuada ventilación y filtración dentro de la habitación.

Escuchar

Por lo tanto, debemos comprender el funcionamiento de los siguientes componentes:

Tipos de compresor

Pasa el cursor para ver la información.

Hermético Rotativo

Un compresor rotativo de paletas es un tipo de compresor en el cual el rotor gira en el interior de un estátor cilíndrico. Durante la rotación, la fuerza centrífuga extrae las paletas de las ranuras para formar células individuales de compresión. La rotación reduce el volumen de la célula y aumenta la presión del aire. El calor que genera la compresión se controla mediante la inyección de aceite a presión.

Centrifugo

Los compresores centrífugos se usan industrialmente, porque tienen menos componentes a fricción, también son relativamente más eficientes, y proporcionan un caudal mayor que los compresores alternativos (reciprocante o de desplazamiento positivo) de tamaño similar. Se usan también en pequeñas turbinas de gas como APUs (generadores auxiliares) y motores turborreactores de pequeñas aeronaves (Helicópteros).

Reciprocante

Es un compresor alternativo, también denominado de pistón, reciprocante o de desplazamiento positivo, es un compresor de gases que funciona por el desplazamiento de un émbolo dentro de un cilindro (o de varios) movido por un cigüeñal para obtener gases a alta presión. En estos compresores la capacidad se ve afectada por la presión de trabajo. Esto significa que una presión de succión baja implica un caudal menor; para una presión de descarga mayor, también se tiene un caudal menor.

Scroll

El compresor scroll es de desplazamiento orbital. Se genera la compresión al reducir el volumen, están integrados dos rotores con forma de espiral; uno de ellos está montado fijo en la carcasa y el otro es móvil, y es accionado por el motor. Están montados con un desfase de 180º, lo que permite que en su movimiento se creen cámaras de aire cada vez más pequeñas para comprimir los gases. Usados mayormente en acondicionadores de aire.

De tornillo

El compresor de tornillo es un componente de desplazamiento positivo. El principio de funcionamiento de este compresor está basado en la disminución del volumen del aire o gas dentro de la cámara de compresión, de esta forma se produce un incremento en la presión interna, hasta llegar al valor de diseño previsto, momento en el cual el aire o gas es liberado al sistema.

Tipos de condensadores

Escuchar

Los condensadores más comunes de acuerdo a su funcionamiento y materiales de elaboración son los siguientes:

Pasa el cursor para ver la información.

Enfriado por aire

Es un condensador muy versátil y es enfriado por aire, se puede utilizar con cualquier tipo de compresor para refrigerantes, estos condensadores enfriados por aire están construidos para la instalación al aire libre.

Enfriado por Agua

Los condensadores enfriados por agua pueden ser muy compactos ya que poseen excelentes características de transferencia del calor que posee el agua. Son diversos los tipos de construcción, el del casco y serpentín, casco y tubo, y tubo dentro de tubo. Normalmente el agua de enfriamiento se desplaza a través de tuberías o serpentines en el interior de una carcasa sellada en la que se descarga el gas caliente procedente del compresor. Una vez condensado el refrigerante este puede salir por la línea de líquido es innecesario el empleo de un recipiente por separado.

Tubos Concéntricos

Los intercambiadores de calor de tubos concéntricos o doble tubo son los más sencillos que existen. Estan constituidos por dos tubos concéntricos de diámetros diferentes. Uno de los fluidos fluye por el interior del tubo de menor diámetro y el otro fluido fluye por el espacio anular entre los dos tubos. Una aplicación de un intercambiador de doble tubo es el que se utiliza para enfriar o calentar una solución de un tanque encamisado y con serpentín.

Carcaza y Tubos

Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos están compuestos por tubos cilíndricos, montados dentro de una carcasa también cilíndrica, con el eje de los tubos paralelos al eje de la carcasa. Un fluido circula por dentro de los tubos, y el otro por el exterior (fluido del lado de la carcasa). Son el tipo de intercambiadores de calor más usado en la industria.
Existen tres aspectos muy importantes que se deben cumplir en el proceso de condensación y son:
  1. Suficiente área de intercambio de temperatura.
  2. Mínima caída de presión, específica para su capacidad.
  3. Facilitar la transferencia de calor para mejorar la expansión.

Diferentes elementos de expansión

Escuchar

Existen diferentes tipos de elementos de expansión en los acondicionadores del aire y son:

Pasa el cursor para ver la información.

Tubo capilar

Un tubo capilar es un tubo muy delgado que se utiliza para la conducción de un fluido es muy estrecha y de pequeña sección circular interna. Su nombre se origina por la similitud en su interior con el espesor del cabello. Es en estos tubos en los que se manifiestan los fenómenos de capilaridad. Pueden estar hechos de distintos materiales: vidrio, cobre, aleaciones metálicas, etc., en función de su uso o aplicación. Su longitud es proporcional a su capacidad de expansión

Orificio expansor

El tubo de orificio fijo, asegura el cambio de alta presión a baja presión antes de la llegada del refrigerante al evaporador. El tubo de orificio fijo se encuentra normalmente en la entrada del evaporador. También se puede encontrar en la salida del condensador o en cualquier otro punto de la conducción del medio entre el condensador y el evaporador.

Válvula de expansión termostática (VET)

Válvula de expansión termostática ( abreviado como VET o válvula TX ) es un dispositivo de expansión, clave en sistemas de refrigeración y aire acondicionado, tiene la capacidad de causar una caída necesaria en la presión entre el condensador y el evaporador en el sistema. Sus funciones son dos en los equipos de expansión directa o seca.
  1. Controla el caudal de refrigerante en estado líquido que ingresa al evaporador.
  2. Mantiene un sobrecalentamiento constante a la salida de este.

Válvula de expansión electrónica

Válvula de expansión electrónica o electromecánica (motorizada); trabaja mediante un control electrónico, en el cual sensores de temperatura envían señales a un CI (circuito integrado) y éste mediante esos datos mantiene un sobrecalentamiento dentro de los parámetros permitidos para el funcionamiento del equipo.
Nota: Sus aplicaciones varían dependiendo de la tecnologia, la capacidad y el diseño del equipo.

Restrictor de Expansion

El restrictor, es un dispositivo de expansión que supera algunas de las limitaciones del tubo capilar. El restrictor permite la entrada del refrigerante liquido al interior del evaporador, en cantidades proporcionales a la diferencia de presión que existe entre la succión y la de compresión, dicho de manera diferente, el refrigerante en estado líquido, es obligado a pasar a través del restrictor, en la cantidad exigida por la diferencia de presión que existe entre el condensador y el evaporador.

Tipos de evaporadores

Escuchar

Se clasifican de la siguiente manera:

Pasa el cursor para ver la información.
Por flujo de refrigerante

Evaporador de expansión directa

En los evaporadores de expansión directa la evaporación del refrigerante se lleva a cabo a través de su recorrido por el evaporador, encontrándose este en estado de mezcla en un punto intermedio de este. De esta manera, el fluido que abandona el evaporador es puramente vapor sobrecalentado. Estos evaporadores son los más comunes y son ampliamente utilizados en sistemas de aire acondicionado. No obstante, son muy utilizados en la refrigeración de media y baja temperatura, no son los más apropiados para instalaciones de gran volumen.

Evaporador inundado

Los evaporadores inundados trabajan con refrigerante líquido y se llenan por completo con el objetivo de tener humedecida toda la superficie interior del intercambiador para lograr una mayor transferencia de calor.

El evaporador inundado está equipado con un acumulador o colector de vapor el que sirve, a la vez, como receptor de líquido, desde el cual el refrigerante líquido es circulado por gravedad a través de los circuitos del evaporador. Preferentemente son utilizados en aplicaciones industriales, con un número considerable de evaporadores, operando a baja temperatura y utilizando amoníaco (R717) como refrigerante.

Sobrealimentados.

Un evaporador sobrealimentado es aquel en el cual la cantidad de refrigerante líquido en circulación a través del evaporador ocurre con considerable exceso y que además puede ser vaporizado.
Por construcción

Tubo descubierto

Evaporador de tubo descubierto de cobre para enfriamiento de agua. Los evaporadores de tubo descubierto se construyen por lo general en tuberías de cobre o bien en tubería de acero.

El tubo de acero se utiliza en grandes evaporadores y cuando el refrigerante a utilizar sea amoníaco (R717), mientras para pequeños evaporadores se utiliza cobre. Son ampliamente utilizados para el enfriamiento de líquidos o bien utilizando refrigerante secundario por su interior (salmuera, glicol), donde el fenómeno de evaporación de refrigerante no se lleva a cabo, sino más bien estos cumplen la labor de intercambiadores de calor.

De superficie de Placa

Existen varios tipos de estos evaporadores. Uno de ellos consta de dos placas acanaladas y asimétricas las cuales son soldadas herméticamente una contra la otra de manera tal que el gas refrigerante pueda fluir por entre ellas; son ampliamente usados en refrigeradores y congeladores debido a su economía, fácil limpieza y modulación de fabricación.

Otro tipo de evaporador corresponde a una tubería doblada en serpentín instalada entre dos placas metálicas soldadas por sus orillas. Ambos tipos de evaporadores, los que suelen ir recubiertos con pintura epóxica, tienen excelente respuesta en aplicaciones de refrigeración para mantención de productos congelados.

Evaporadores Aleteados

Evaporador de serpentín aleteado y convección forzada para baja temperatura, sin bandeja de condensados. Evaporador de serpentín aleteado al interior de equipo de aire acondicionado tipo Split.

Los serpentines aleteados son serpentines de tubo descubierto sobre los cuales se colocan placas metálicas o aletas y son los más ampliamente utilizados en la refrigeración industrial como en los equipos de aire acondicionado. Las aletas sirven como superficie secundaria absorbedora de calor y tiene por efecto aumentar el área superficial externa del intercambiador de calor, mejorándose por tanto la eficiencia para enfriar aire u otros gases.

Ejercicio de conocimiento

Basándote en la información revisada en éste tema, responde correctamente la pregunta que se muestra a continuación.

1
Gracias a este componente, se asegura el funcionamiento correcto del cambio de presión del refrigerante antes de llegar al evaporador (de alta presión a baja presión).
A
Válvula de expansión
B
Termistor
C
Compresor
Detener intro