miércoles, 9 de marzo de 2011

Mantenimiento de sistemas de aire acondicionado y refrigeración.

Propósito del módulo: Realizar el mantenimiento de equipos de los sistemas de aire acondicionado y refrigeración, considerando los procedimientos y recomendaciones del fabricante para asegurar su funcionamiento.

Unidad # 1
Diagnostico de sistemas de aire acondicionado y refrigeración

Propósito de la unidad: Emitir el diagnóstico del estado de operación de sistemas de aire acondicionado y refrigeración, aplicando pruebas y procedimientos preestablecidos, para la definición de los trabajos de mantenimiento requeridos.


PRINCIPIOS BÁSICOS.
A continuación se darán unos conceptos que le permitirán aclarar, afianzar y ampliar sus conocimientos para entender las diferencias que hay entre refrigeración, frío, enfriamiento y transferencia de calor.
TERMODINÁMICA.
La termodinámica es una rama de la ciencia que trata sobre la acción mecánica del calor, las cuales se basan en leyes. La primera y la más importante de estas leyes dice: La energía no se crea ni se destruye, se transforma en otro tipo de energía.
CALOR.
El calor es una forma de energía en tránsito porque se esta transfiriendo de cuerpos cálidos a cuerpos fríos. La mayor parte del calor de la tierra se deriva de las radiaciones del sol, una cuchara sumergida en agua helada pierde su calor y se enfría; una cuchara sumergida en café caliente absorbe calor y se calienta. Sin embargo las palabras caliente y frío son términos comparativos.
TEMPERATURA.
Es la escala usada para medir la intensidad de calor y es el indicador que determina la dirección en que se moverá la energía de calor. También puede definirse como el grado de calor sensible que tiene un cuerpo en comparación con otro.
La temperatura se puede medir en diferentes escalas pero en esta aplicación, se usaran grados Farenheit y grados centrígrados.
º C = 5/9 (ºF - 32)
º F = 9/5 (ºC + 32)
ºK = ºC + 273
º K = º F + 460
Al nivel del mar, el agua se congela a 0 ºC o a 32 ºF; y el punto de ebullición es de 100 ºC o 212 ºF.

TRANSMISIÓN DE CALOR.
La segunda ley de la termodinámica dice que el calor siempre se transmite del cuerpo más caliente al frío hasta que se igualan sus temperaturas. El grado de transmisión es directamente proporcional a la diferencia de temperatura entre ambos cuerpos. El calor puede viajar en tres formas diferentes: Radiación, Conducción y Convección.
Radiación: es la transmisión de calor por ondas similares a las ondas de luz y a las ondas de radio. 
Las personas irradian calor a todos los objetos más fríos que están a su alrededor, contribuyendo de esta forma a aumentar la temperatura del medio y de los elementos que lo rodean.
Hay poca radiación a bajas temperaturas, la radiación solar particularmente es un factor que afecta un espacio acondicionado (o refrigerado).






A su vez, una persona cede también calor a través de su ropa a los elementos que están en contacto con ella, transfiriendo calor por conducción a todos los elementos o muebles del cuarto: mesas, sillas, equipos, etc,...en fin a todo lo que esté en contacto con su cuerpo.


 
Convección: es el flujo de calor que se puede transmitir por medio de un fluido liquido o gaseoso: agua o aire.

Cuando una persona esta en un cuarto donde la temperatura es inferior a la temperatura de la persona (37ºC), se transferirá calor al aire a través de la piel. 

La aplicación típica refrigeración es una combinación de las tres formas de transmisión de calor y en aire acondicionado se tiene en cuenta la evaporación como un fenómeno que afecta la humeda relativa del sitio acondicionado.

Evaporacion.
Las personas a consecuencia de las altas temperaturas hacen que liberen calor al medio a través de sus glándulas sudoríferas las cuales se abren permitiendo que de su piel se evapore agua en forma de vapor para eliminar calor y compensar las elevadas temperaturas que se presentan en sitios muy calientes. Con ello también aumenta la concentración de agua en el cuarto lo que hace que también aumente la humedad relativa del sitio. 

CAMBIO DE ESTADO.
La mayoría de las substancias pueden existir en estado sólido, líquido o gaseoso, dependiendo de su temperatura y de la presión a la que se encuentren expuestas. El calor puede cambiar la temperatura y el estado de las substancias y tambien puede se absorbido aún cuando no exista un cambio de temperatura, como cuando un sólido cambia a líquido, o cuando un líquido se transforma en vapor. Cuando el vapor se vuelve líquido o cuando el líquido vuelve a transformarse en sólido, se despide la misma cantidad de calor.


 

CALOR SENSIBLE.
Se define como el calor que provoca un cambio de temperatura en una substancia. Es decir, es el calor que puede sentirse por medio de los sentidos. Cuando se eleva la temperatura del agua de 0 ºC a 100 ºC, hay un aumento del calor sensible.
CALOR LATENTE.
Es el que se necesita para realizar un cambio de estado: de sólido a líquido (calor latente de fusión), o líquido en gas ( calor latente de evaporación ) sin variar la temperatura de la substancia.

Saturación es la condición de temperatura y presión en la cual el líquido y el vapor pueden existir simultáneamente. Un líquido o vapor esta saturado cuando está en su punto de ebullición (para el nivel del mar, la temperatura de saturación del agua es de 100 ºC o 212 ºF). A presiones más altas la temperatura de saturación aumenta, y disminuye a temperaturas más bajas.
VAPOR SOBRECALENTADO.
Cuando un líquido cambia a vapor, cualquier cantidad adicional de calor aumentará su temperatura (calor sensible), siempre y cuando la presión a la que se encuentre expuesto se mantenga constante. El termino vapor sobrecalentado se emplea para denominar un gas cuya temperatura se encuentra arriba de su punto de ebullición o saturación.
LIQUIDOS SUBENFRIADOS.
Cualquier líquido que tenga una temperatura inferior a la temperatura de saturación correspondiente a la presión existente, se dice que se encuentra subenfriado. El agua a cualquier temperatura por debajo de su temperatura de ebullición (a 100 ºC al nivel del mar) está subenfriada.
PRESION ATMOSFERICA.
La atmósfera alrededor de la tierra, que está compuesta de gases como el oxígeno y el nitrógeno, se extiende muchos kilómetros sobre la superficie. El peso de esta atmósfera sobre la tierra crea la presión atmosférica. En un punto dado, la presión atmosférica es relativamente constante excepto por pequeños cambios debidos a las diferentes condiciones atmosféricas.
Como referencia, la presión atmosférica al nivel del mar es de 1.03 kilos por centímetro cuadrado (14.7 libras por pulgada cuadrada), lo cual es equivalente a la presión causada por una columna de mercurio de 760 milimetros (29.92 pulgadas) de alto.
PRESION ABSOLUTA.
Generalmente, la presión absoluta se expresa en términos de Kg/cm2 (lb./in2) y se encuentra a partir del vacío perfecto en el cual no existe presión. Por lo tanto en el aire a nuestro alrededor, la presión absoluta y la atmosférica son iguales.
PRESION MANOMETRICA.
Un manómetro de presión está calibrado para leer 0 kilos por centímetro cuadrado ( 0 libras por pulgada cuadrada) cuando no está conectada a algún recipiente con presión; por lo tanto, la presión absoluta de un sistema cerrado será siempre la presión manométrica más la presión atmosférica. Las presiones inferiores a 0 K/cm2 (PSIG) son realmente lecturas negativas en los manómetros y se llaman milímetros (pulgadas) de vacío. Un manómetro de refrigeración mixto está calibrado en el equivalente milímetros (pulgadas) de mercurio por las lecturas negativas.
Ejemplo: 1.03 Kg/cm2 = 14.7 PSI = 760 mm Hg = 29.92 in Hg
1 Kg/cm2 = 738 mm Hg = 29.05 pulgadas. 
VARIABLES DE CONTROL
El cuerpo es sensible a las impurezas del medio ambiente tales como: polvo, humo, polen de las plantas, virus, olores, etc. Los cuales causan problemas de salud ocupacional como irritación de la nariz, pulmones, ojos, gripes y otras enfermedades comunes de afección respiratoria.
El cuerpo requiere aire fresco, renovación de oxígeno y evitar y/o controlar los malos olores. En forma sencilla el cuerpo debe tener una atmósfera sana y confortable. Para ello deben tratarse cinco propiedades del aire:
1. Temperatura(frío o calor)
La temperatura del aire es indicada por la sensación de frío o calor y puede medirse con un termómetro ordinario comúnmente llamado termómetro de bulbo seco.


  La temperatura se mide y se controla mediante un termostato.
2. Contenido de humedad(humidificación o deshumidificación). 
 La humedad esta relacionada con la cantidad de agua que hay en forma de vapor en el aire.
Normalmesnte se utiliza un termómetro de bulbo húmedo para expresar esta medición en términos específicos.



La humedad relativa se mide por medio del humidostato el cual registra la variación de humedad relativa de un lugar, actualmente hay variedad de equipos digitales que registran directamente este valor y pueden ofrecer el registro de temperatura de bulbo seco, humedad relativa, y punto de rocío; estos aparatos de medición se conocen en el mercado como psicrómetros.


Para control de la humedad hay dos formas: agregando agua por medio de un equipo que se llama humidificador el cual se selecciona de acuerdo a la cantidad en libras de agua en forma de vapor seco que se requiere para lograr la humedad relativa requerida. La otra forma de controlar la humedad es secando sitios donde la humedad es muy alta y para ello se hace a través de resistencias que calientan el aire. De estas dos formas se controla la humedad relativa en un lugar para darle unas condiciones de confort ideales y que estén dentro de la zona de confor.


3. Movimiento de aire (recirculación).
El movimiento de aire es otra variable a tener en cuenta en la zona de confort, la cual se basó en un movimiento del aire con una velocidad de 15 a 25 pies/min. La tempertatura cae bruscamente cuando se incrementa la velocidad, y cuando es de unos 100 pies/min se siente corrientes frías. Una buena recomendación es no exceder una velocidad de 50 pies/min en la zona de confort.

Se debe evitar una baja circulación de aire, ya que las personas pueden sentirse encerradas. También produce una acumulación de olores, falta de oxígeno, excesivos contaminantes y generando un ambiente pesado. 

4. Limpieza del aire (Filtración de polvo y olores).
El aire limpio es vital para la salud, el aire sin tratamiento está contaminado con impurezas como polvo, polen, humo, vapores , químicos, y microorganismos como virus que afectan notoriamente el confort y la salud de los ocupantes de un lugar afectandoles las vías respiratorias, irritaciones de piel y ojos.

5. Ventilación (renovación con aire fresco desde el exterior).
La renovación de aire de un lugar es tan necesario como la filtración ya que el no renovar el aire contaminado con aire fresco del medio ambiente genera un ambiente de aire muerto, es decir de falta de oxígeno para respirar. La cantidad de aire exterior necesario depende del espacio acondicionado. 

En el siguiente gráfico se ilustra el sistema mecánico típico de un ciclo de refrigeración en donde el elemento de control que regula la temperatura deseada es el termostato y es quien también actúa sobre el compresor para iniciar y apagar el sistema. 

video

La sustancia química utilizada para transportar el calor de un lugar a otro se llama refrigerante, este químico encuentra suficiente calor a bajas temperaturas para hervir.
Si permitimos que un poco de refrigerante líquido caiga sobre una superficie, éste tomará calor de la superficie donde cayó para hervir y para cambiar su estado físico a vapor.
Como consecuencia de este cambio de estado, la superficie perderá calor en el proceso y se pondrá fría.
Una sustancia en forma de líquido, tomará calor del medio que la rodea para cambiar su estado físico a vapor. Este proceso se llama evaporización.

Si permitimos que algo de líquido controlado pase a través de una tubería, se creara un efecto de refrigeración, el efecto de refrigeración se identifica, cuando la escarcha aparece en el sistema.Este arreglo de tubería, por donde circula el refrigerante en forma de líquido, se llama evaporador.



De los sistemas inventados para producir refrigeración, el más usado al día de hoy es el sistema mecánico por compresión. Este método de refrigeración tiene sus principios fundados en un artefacto de acción mecánica impulsado por electricidad, al cual se le llama compresor.

El compresor mecánico recibe refrigerante a baja temperatura y baja presión por la línea de succión y lo comprime, elevando su temperatura y su presión, luego lo envía a través de la descarga hacia la línea de alta y al sistema de condensación.

Compresión: Cuando encerramos algo en una recamara y le reducimos el espacio interior, eso es un método de compresión mecánica.
En (A) el refrigerante entra a la cámara de compresión por la válvula de succión que esta abierta, aquí el pistón esta bajando. Inmediatamente el pistón comienza a subir y a reducir el espacio entre las moléculas del refrigerante. En (B) las válvulas de succión y descarga están cerradas, el pistón esta subiendo y continúa el proceso de compresión. En C) la válvula de succión esta cerrada y la de descarga abre para dejar salir el refrigerante en estado de compresión.
Sistema mecánico de refrigeración.
Sus componentes básicos:
El compresor: Dispositivo electromecánico que absorbe refrigerante en forma de vapor a baja presión, le sube la temperatura y la presión y lo descarga hacia la línea de alta.


 El condensador: Dispositivo mecánico que recibe el refrigerante en forma de vapor a alta temperatura y alta presión y lo condensa, extrayéndole calor hasta convertirlo en líquido.

El evaporador: Este dispositivo mecánico recibe el refrigerante en forma de líquido atomizado y le cede el calor que contiene en su alrededor para que el líquido pueda hervir y convertirse en vapor. Este recibe calor del medio que lo rodea por convección. Los más modernos son de tiro forzado, utilizan un abanico para mover el calor.
Filtro secador: Contiene en su interior un compuesto químico (Silica – gel, Tamices  Moleculares, Alumina activada) y otros componentes capaces de recoger la humedad y las partículas extrañas dentro del sistema.

Tubo Capilar: Consiste de un tubo de cobre de diámetro interno bien reducido situado desde la salida del condensador hasta la entrada del evaporador. Los evaporadores que usan tubo capilar como control de flujo, se llaman evaporadores semi-inundados, ya que el capilar suministra desde el compresor hasta el evaporador, la misma cantidad de refrigerante que se bombea.


Composición mecánica.

 Identificando las partes por el tacto y la vista.
 Línea de alta: Es la más caliente en el sistema.
Condensador: Se encuentra en la parte de afuera del área refrigerada. Recibe la línea de alta por la parte superior y descarga hacia la línea de líquido por la parte inferior. Debe estar caliente en la parte superior y pierde temperatura según el líquido baja.
Linea de liquido: Debe estar en la parte baja del condensador y un tanto tibia con respecto a la línea de alta. Sale del condensador hacia el filtro secador y de aquí al dispositivo de control, en este caso el capilar.
Tubo capilar: Es el más delgado del sistema, se diseña para que mantenga una diferencia de presión cuando el compresor esta funcionando y una vez seleccionado su largo y diámetro no se pueden ajustar. Usualmente esta soldado al tubo de succión para lograr un intercambio de calor que vaporice el líquido remanente en esta línea de baja.
Evaporador: Se localiza dentro del área refrigerada, recibe por el lado de arriba líquido atomizado desde el control de refrigerante (capilar) y por la parte de abajo se conecta con el compresor a través de la línea de baja. (Es el tubo del sistema que siempre esta frío)
Compresor: Esta localizado entre el evaporador y el condensador fuera del área refrigerada. Una parte del compresor pertenece al lado de baja y la
otra al lado de alta.


Sistema de tiro forzado.
Tanto el evaporador como el condensador, utilizan un abanico ( ventilador ).

Tubos y tuberías.
El término tubo se usa generalmente en materiales de pared delgada, los cuales no permiten cortar una rosca en sus extremos.
El término de tubería es el que se aplica a materiales de pared gruesa que permiten cortar una rosca en sus extremidades.
Los tubos más usados en refrigeración y acondicionamiento de aire se fabrican en cobre y en aluminio, siendo el cobre el más común por la facilidad para soldarlo.
Hay también tuberías de hierro y acero que se utilizan en aplicaciones especiales dentro de la refrigeración. Es importante señalar que no se usan tuberías de acero roscadas ya que no se pueden realizar estas conexiones a prueba de fugas.
El tubo usado en refrigeración y aire acondicionado se conoce como tubo A.C.R, esto quiere decir que es fabricado especialmente para estas aplicaciones.
Hay una gran variedad de accesorios para facilitar el trabajo de interconectar los tubos de cobre en la construcción de un sistema práctico.
El tubo de cobre tiene tres clasificaciones por letras, K. L. M.
 (K) es de pared gruesa.
 (L) es de pared mediana.
 (M) es de pared delgada
La clasificación (M) no se usa en sistemas de refrigeración.
El tubo de cobre suave es el tubo más flexible, se le puede dar cualquier forma. Esta disponible típicamente en bobinas de 25, 50 y 100 pies de largo.
La bobina viene sellada y deshidratada de fábrica.
El tubo de cobre para refrigeración se mide por la parte exterior, las medidas más usadas son: 1/4, 3/8, 5/8, 1/2 y 3/4 de diámetro externo. (OD)
 Cómo se unen entre si, los tubos de cobre.
 Por soldadura:
 Presto - Lite
 Oxi – Acetileno
 Usando conexiones “Flare”


Cómo soldar con antorcha.
La soldadura blanda consiste en la unión de dos tubos de cobre que encajan perfectamente uno con el otro, por medio de estaño y un soplete o antorcha.
En refrigeración, el estaño, no se recomienda para el lado de alta.
Usando un cortador de tubos, corte todos los tramos de acuerdo al diseño, limpie las dos superficies a ensamblar (exterior del tubo e interior) con lija #120, o con un cepillo de alambre.


Unte las partes a soldar con pasta desoxidante diseñada especialmente para soldar cobre con estaño.

Junte las piezas que quiere unir por soldadura. Las piezas a soldar deben alinear perfectamente por los extremos, tienen que estar limpias y sin residuos de grasa o sucio.


Caliente las piezas a soldar con la flama, (no el estaño): La temperatura de calentamiento debe permitir la fusión del estaño al éste entrar en contacto con las piezas calentadas.


Soldadura con “Presto-lite”
El sucio, la humedad, la grasa y el descuido. Todo lo que se intente soldar tiene que limpiarse con lija o con un cepillo de alambre. El “Presto-lite” es altamente tóxico, explosivo e inflamable.
Puede usar el presto-lite para soldadura con plata en sistemas de poca capacidad. En sistemas grandes es recomendable usar oxi acetileno. Lo ideal seria hacer estas soldaduras con oxi acetileno, el Presto-lite tiene una flama muy larga lo que dificulta la tarea en lugares reducidos.


(El tanque debe estar lo más lejos posible de la flama)


Procedimiento:
 Limpie las dos superficies a soldar (exterior del tubo e interior)
 Use lija #120 o cepillo de alambre.
 Unte las partes a soldar con pasta desoxidante, (FLUX para plata).
 Encaje las piezas que quiere unir por soldadura
 Las piezas a soldar deben encajar perfectamente por los extremos.
 Deben estar limpias y sin residuos de grasa.
 Seleccione una varilla de plata al 5 ó 10%.
 Abra la válvula del tanque y revise la manga para escapes.
 Usando un chispero encienda el presto-lite y ajuste la flama.
 Caliente las piezas a soldar con la flama, (no la plata).
 La temperatura de calentamiento debe permitir la fusión de la plata, una vez ésta entre en contacto con el tubo de cobre caliente.
 La temperatura precisa para que se produzca la fusión de la plata se habrá conseguido cuando el cobre adquiera un tono rojizo.
 Mantenga la flama y sitúe la punta de la plata sobre la unión de los dos tubos.
 La plata se fundirá y fluirá entre las dos piezas.
 En este punto preciso retire la flama.

Soldadura con Oxi Acetileno.
El nombre oxi acetileno se obtiene de los nombres de los dos gases utilizados en este procedimiento; oxi es la abreviatura de oxigeno, un gas que es componente del aire atmosférico y el cual se necesita para que haya combustión.
Se almacena en cilindros verdes o amarillos a una alta presión, de alrededor de 168 kg/cm2 (2,400 lb/pulg²), y se debe manejar con mucho cuidado.


 




 


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