Modulo2 parte3

2.15> TERMOSTATOS

2.15.0 > INTRODUCCIÓN

Los termostatos y controladores se encargan de mantener valores de temperatura en los
locales o zonas que queremos climatizar, teniendo capacidad suficiente para actuar en función
del valor de medición obtenido. Normalmente la actuación que realizaremos es la conmutación
sobre un contacto eléctrico al que nosotros daremos la función que más nos interese. Las
aplicaciones en climatización son muchas. Algunas de ellas llegan a afectar de forma
importante al circuito frigorífico, pues es el elemento con el cual producimos la puesta en
marcha y el paro de nuestro equipo.

TERMOSTATO

2.15.1 > CONCEPTOS BÁSICOS DE FUNCIONAMIENTO

Para poder entender los controles de temperatura necesitamos conocer algunos conceptos
fundamentales sobre regulación, que nos serán útiles para saber cómo es el funcionamiento de
cada termostato o elemento de regulación.

Escala de regulación: Los termostatos en su mayoría disponen de una rueda graduada donde
podemos variar el punto de consigna, teniendo una indicación gráfica de la temperatura a la
que queremos llegar. Esta escala es variable dependiendo de la aplicación de que se trate:

Escalas de temperaturas negativas. Utilizadas para controlar la temperatura en cámaras de
conservación y congelación, desde -30ºC a +10ºC aproximadamente dependiendo del
fabricante.

Termostatos con escala de temperaturas negativas

Termostato sin carcasa Termostato ambiente

Escalas de temperaturas positivas bajas. Utilizadas para controlar la temperatura de locales en
los que exista presencia de personas, desde más de 10ºC a menos de 35ºC aproximadamente,
dependiendo del fabricante.

Termostatos con escala de temperaturas bajas

Termostato sin carcasa Termostato ambiente

Escalas de temperaturas positivas medias. Controlan temperaturas de preparación de agua
para aporte a circuitos de calefacción a menos de 100ºC.

Termostatos con escala de temperaturas medias

Termostato con bulbo Termostato con bulbo
ambiente para tubería

Escalas de temperaturas positivas altas. Controlan temperaturas de humos, vapor u otros
elementos a temperaturas a más de 100ºC.

Termostatos con escala de temperaturas altas

Termostato sin carcasa Termostato con carcasa

Punto de consigna ( Setpoint): Es el valor que nosotros fijamos en el termostato
(normalmente expresado en grados centígrados). Nos indica la referencia de temperatura que
queremos alcanzar.

Termostatos con escala de temperaturas altas
Tenemos una habitación en la que queremos tener
una temperatura de 20ºC, el punto de consigna
sería por tanto 20ºC

Diferencial: Nos indica a qué distancia térmica mínima se puede localizar el punto de
actuación de paro y de marcha. Es una de las características más importantes de un
termostato. El diferencial siempre se establece sobre el punto de consigna.

EJEMPLO de diferencial: En el termostato de una habitación hemos marcado una
temperatura de 18ºC (punto de consigna) que es el valor que nosotros queremos tener. Si
tenemos un termostato con un diferencial de más/menos 2ºC, quiere decir que el termostato
actuará cuando detecte en nuestra habitación temperatura superiores a 20ºC (18+2) o
inferiores 16ºC (18-2).

Algunos equipos permiten regular el diferencial, en otros el valor es fijo no permitiendo
variación alguna. A la hora de elegir el valor de diferencial de un termostato tenemos que tener
presente cómo repercute el valor elegido sobre el circuito regulado.

Un valor alto (diferencial grande de varios grados centígrados) produciría un margen de
funcionamiento tan grande que podría no cumplir las condiciones de temperatura requeridas en
el espacio que acondicionaremos.

Un valor bajo (diferencial pequeño de décimas de grados centígrado) produciría un sistema
muy inestable. Esto quiere decir que el equipo regulado estaría continuamente encendiendo y
apagando en cuanto hubiera pequeñas variaciones térmicas. Este sistema hace que los
equipos sensibles a las arrancadas y paradas continuas puedan sufrir daños.

Inercia térmica: Es la tendencia natural que tienen los sistemas a mantenerse en el mismo
estado en el que se encontraban. Si en un local estamos aportando calor, aunque el termostato
mande la señal al elemento regulador para dejar de funcionar, en la mayoría de los sistemas
existentes la tendencia del local es la de aumentar un poco más su temperatura. Antes de
empezar a descender la temperatura, el aumento es debido a que la batería que se encarga
del intercambio, aunque le cortemos el paso del fluido caloportador, el fluido que tiene dentro
sigue teniendo una temperatura muy diferente al local, lo que permite que se produzca un
intercambio térmico entre el local y la batería. Pasado un periodo corto de tiempo el fluido que
se encuentra en el interior de la batería se equilibra con la temperatura del local, cesando el
intercambio de energía entre los dos elementos. Esto se da especialmente en los circuitos
donde tenemos equipos muy grandes para la climatización.

EJEMPLO inercia térmica: En la habitación del ejemplo anterior las temperaturas a las que
actuará el termostato vimos que iban desde 20ºC (18+2) a 16ºC (18-2). Aunque nosotros
empecemos a aportar energía, el local tarda un tiempo en comenzar a modificar su tendencia,
lo que hace que dependiendo del tamaño de la máquina y del tipo de local tengamos un
aumento del margen de temperaturas de funcionamiento. Si la inercia térmica es de 1 grado se
sumaría a los extremos obtenidos en el diferencial. Tenemos variaciones de temperatura para
este local que irían desde 21ºC a 15ºC sobre una temperatura de consigna de 18ºC.

Reducción nocturna: Algunos termostatos incluyen la función de reducción nocturna, que
consiste en que el aparato de forma manual o automática en las horas nocturnas realiza una
variación sobre el punto de consigna. La variación puede ser hacia arriba del punto de
consigna o hacia abajo, dependiendo de la temporada del año en la que estemos. Este cambio
tiene como finalidad el ahorro energético que conseguimos al hacer que el equipo encargado
de la producción térmica llegue antes al punto de consigna. Esta variación no es
sustancialmente apreciable porque en verano, cuando dormimos, reducimos nuestra actividad
al máximo necesitando menos refrigeración para alcanzar un estado confortable y en invierno,
durante la noche, estamos más abrigados que el resto del día, con lo que no necesitamos una
temperatura de consigna tan alta.

EJEMPLO reducción nocturna: Tenemos en verano como punto de consigna 22ºC, cuando
entra la reducción nocturna el punto de consigna pasa a ser 24ºC, y en invierno tenemos el
mismo punto de consigna reduciéndose a 20ºC cuando entra la reducción nocturna.

Resistencia anticipadora: Es una resistencia que se utiliza en termostatos de dilatación para
adelantar el corte de éstos. Evitan el retardo que supone el tiempo que tarda el metal en
dilatarse por completo. Para su conexión los termostatos requieren un cable más para
alimentar a esta resistencia.

Termostato Todo - nada: Son termostatos cuyo funcionamiento consiste en abrir o cerrar un
contacto. Este contacto se encarga de hacer funcionar o parar el equipo que se encarga de
modificar las aportaciones térmicas.

Fases de funcionamiento normal

Fases de funcionamiento de perturbación

Crono termostato: Es un termostato que cuenta con la posibilidad de programar la arrancada
y parada del equipo. Surge de la unión de un termostato y un programador. Actualmente estos
equipos son digitales, lo que nos permite una fácil programación y visualización de los
parámetros de programación. Además suelen contar con la función de termómetro
indicándonos la temperatura alcanzada en cada momento.

Crono termostato totalmente programable con control de ventilación y
actuación en verano e invierno.

Vaina para bulbo: Las vainas se utilizan para que el bulbo pueda estar en contacto lo más
directamente posible con el fluido térmico que queremos controlar. Tenemos la posibilidad de
introducir vainas roscadas o vainas soldadas (denominadas tinteros o dedos de guante).

2.15.2 > DETECTORES DE TEMPERATURA POR DILATACIÓN

Dentro de los termostatos todo-nada, que basan su funcionamiento en la dilatación de una
sustancia, tenemos varios tipos aunque todos funcionan de forma muy similar. Su
funcionamiento consiste en que las variaciones de temperatura de un local dilatan una
sustancia que se encuentra dentro del propio termostato, transmitiendo ésta una orden de
cambio a un pequeño interruptor que es el que nosotros utilizaremos para actuar sobre el
equipo que modifica las aportaciones térmicas del local.

Dilatación de sólidos: la dilatación de un metal provoca un desplazamiento que acciona un
interruptor o un conmutador de micro-contactos. La diferencia de dilatación de dos metales
llamadas uniones bimetálicas permiten obtener una mayor sensibilidad. Están compuestas por
dos metales, con coeficientes de dilatación muy diferentes soldados en toda su longitud. Una
variación de temperatura provoca una variación de la curva, ya que las dilataciones de las dos
caras no son las mismas. Los diferenciales obtenidos para la conmutación van de ocho grados
para la dilatación de un sólo metal o dilatación lineal a los menos dos grados para las uniones
bimetálicas o dilatación curva.

Tres vistas de un mismo termostato que funciona por dilatación de disco

Dilatación de fluidos: Los detectores de dilatación de fluidos llevan un fuelle de dilatación que
se rellena con un líquido de fuerte dilatación, como el alcohol, petróleo, aceite. Las variaciones
de temperatura del fluido contenido en el fuelle causan la dilatación de todo el fuelle que
produce la actuación de un microinterruptor.
Algoritmos propios de regulación.

Dilatación de vapor: Son muy semejantes a los de dilatación de fluidos, pero se sustituye el
fluido tradicional por un fluido volátil. Éste, en condiciones de presión atmosférica normal, es
gaseoso, como el freón y el propano. La acumulación del líquido se hace en un bulbo colocado
en la zona en la que queremos medir la temperatura. Éste, en función de la temperatura a la
que se encuentre expuesto, producirá la evaporación de parte del líquido con el consiguiente
aumento de presión que esto supone. Esta presión es transmitida hasta el fuelle por un fino
tubo capilar. El fuelle, por efecto de la presión, se deforma haciendo que cambie de posición un
pequeño microinterruptor.

La parte más característica de este tipo de termostatos es el bulbo que, dependiendo de la
utilidad que estemos dando al termostato, puede tener distintas formas. En la imagen siguiente
podemos ver las formas más comunes. Empezaremos su descripción de izquierda a derecha
indicando su aplicación más frecuente.

Primer bulbo. Utilizado en medición de temperatura en el exterior de tuberías.
Al ser grueso permite una mayor zona de contacto.

Segundo bulbo. Utilizado en medición de temperatura en el interior de
tuberías. Al ser corto y fino permite ser alojado en las vainas que se incrustan
en el interior de las tuberías.

Tercer bulbo. Utilizado para medición de temperaturas ambientes. El aire
circula perfectamente entre las espiras que forman el bulbo, ofreciendo una
gran superficie de contacto.

Cuarto bulbo. Utilizado para medir la temperatura de líquidos por inmersión
directa en el propio fluido.

Quinto bulbo. No tiene un uso definido.

Distintos tipos de bulbos para distintas aplicaciones

Dilatación de vapor

2.15.3 > CONTROLADORES DE TEMPERATURA ELECTRÓNICOS

Las nuevas tecnologías aplicadas a los sistemas de control han posibilitado la creación de
nuevos equipos, que permiten controlar la temperatura a nuestro antojo. Estos sistemas,
aunque mucho más caros, permiten un nivel de regulación casi óptimo.

Estos equipos de control requieren varios elementos para su funcionamiento:

Sonda: Es el elemento sensible a las modificaciones de temperatura y encargado de enviar
esa modificación al controlador. La sonda puede ser externa al termostato o integrada en él.
Las temorresistencias son las sondas más comunes. Su funcionamiento se basa en que las
termorresistencias varían su valor de resistencia (oposición al paso de electrones) en función a
la temperatura.

Sonda de temperatura de agua

Controlador: Está compuesto por un circuito electrónico que, en función del valor de
resistencia que detecte en la sonda, es capaz de decidir cómo actuar sobre el equipo
controlado para que la temperatura llegue al punto de consigna elegido. La respuesta del
controlador dependerá de los parámetros con los que el fabricante programe el equipo de
control para responder a cada valor de resistencia recibido de la sonda. En algunos casos los
parámetros del programa son accesibles para el instalador mediante la actuación interna de
potenciómetros, puentes o microinterruptores.

Controlador electrónico

Actuador o equipo controlado: Es el elemento que se encarga de las aportaciones térmicas
al local. Este equipo tiene que ser capaz de interpretar las señales que le envíe el controlador.

EJEMPLO: Tenemos un equipo de control para garantizar una temperatura estable en una
habitación. Conectamos el controlador para que la sonda comience a hacer lecturas de la
temperatura que tenemos en el ambiente. En este caso el valor de resistencia le indica al
controlador que la temperatura no es la deseada, el controlador envía una señal al actuador
para que corrija la temperatura hasta llegar a la temperatura que marcamos en consigna.

Válvula de paso de agua

2.15.4 > TIPOS DE CONTROLADORES ELECTRÓNICOS

Dentro de estos controladores tenemos diversas posibilidades, pues debido a su demanda se
han creado controladores específicos para las aplicaciones más usuales. Cada uno de los
elementos que a continuación se detallan son un tipo de controlador de uso habitual en las
instalaciones. En relación con los termostatos convencionales estos controladores son mucho
más caros, siendo más caros cuanto más sofisticado es el sistema elegido, aunque en todos
ellos las características de la regulación conseguida nos aporta un importante ahorro a largo
plazo.

Placa electrónica de un controlador

Controlador "Todo-nada": Es el controlador más sencillo. Solamente es capaz de encender o
apagar el actuador (o funciona a 0% o al 100%) y no dispone de posiciones intermedias. Su
funcionamiento es muy similar a los termostatos de dilatación. El único beneficio que
obtenemos frente a éstos es que suelen permitir que regulemos fácilmente los parámetros de la
actuación, como el diferencial, temporizaciones para el arranque o el paro, etc.

EJEMPLO: Tenemos una temperatura de consigna de 10ºC y queremos 22ºC. Cuando la
temperatura llegue al punto de consigna el termostato para el funcionamiento del equipo que
aporta la energía al local.

Microinterruptores de regulación de un
controlador todo- nada

Controlador proporcional: Estos controladores son muy especiales, pues no abren o cierran
un contacto simplemente, sino que son capaces de responder con una señal que es
proporcional a la diferencia entre la temperatura que queremos tener y la que realmente
tenemos. Este tipo de controladores tienen que ir asociados a equipos que permiten este tipo
de regulación. Tienen un error permanente que se traduce en que el equipo controlado
funciona en un primer momento al 100% de su capacidad, pero, según se acerca al punto de
consigna, va bajando su funcionamiento, parando cuando llega al punto de consigna. Este
sistema tiene un gran problema y es que, en un primer momento, la variación de temperatura
que conseguimos en el local que queremos climatizar se modifica muy rápido porque el equipo
controlado está funcionando al 100%, pero cuando la temperatura se empieza a acercar al
punto de consigna el nivel de funcionamiento es tan bajo (menor al 10%) que no llegamos a
alcanzar la temperatura deseada.

Ejemplo de razonamiento: El funcionamiento de este controlador es muy similar a como
funcionaría el sistema de llenado de un depósito (una cisterna de W.C. también funciona igual).
La secuencia sería la siguiente: cuando el depósito esta vacío la boya que cierra el paso está
completamente abierta, pero según el depósito se va llenando la boya va cerrando
proporcionalmente el nivel alcanzado. Cuando el nivel es muy alto el paso del caudal de agua
es muy pequeño, tardando mucho tiempo en alcanzar el nivel deseado.

Ejemplo real: Tenemos una temperatura de consigna de 22ºC y la temperatura del local son
12ºC (queremos calentarlo por tanto 10ºC) y disponemos de un equipo productor de calor que
permite la conexión de este tipo de termostato. Nada más conectar el equipo el termostato
detecta que la temperatura está muy lejos de la de consigna y le manda orden de funcionar al
100% de sus posibilidades. Pasado un corto espacio de tiempo la temperatura aumentó 2.5ºC
(llegando a 14.5ºC ) y el termostato manda al equipo que funcione un 25% menos. Para
conseguir el mismo nivel de cambio de temperatura necesitamos ahora más tiempo porque el
equipo funciona a un porcentaje más bajo. Pasado un tiempo la temperatura ha aumentado
otros 2.5ºC (llegando a 17ºC). Como hemos subido la temperatura la mitad de los 10ºC que nos
hacían falta el equipo ha recibido la señal del termostato de funcionar al 50%. Funcionaría por
tanto de forma proporcional: por cada 1ºC que sube la temperatura el equipo baja su
funcionamiento un 10% hasta que llegue a la temperatura de consigna. El problema es que
cuando estamos muy cerca de la temperatura deseada funciona a un nivel tan bajo que no
termina nunca de llegar a la temperatura que queremos.


Fases de funcionamiento perturbación

Controlador "proporcionales + integrales": Los termostatos proporcionales son poco
precisos por el sistema de funcionamiento, manteniéndose siempre un error de funcionamiento
entre la temperatura demandada y la conseguida. Para solucionar el problema de error
permanente que observamos en los termostatos proporcionales, algunos más sofisticados
incorporan la función de integral, que complementa el funcionamiento de los termostatos
proporcionales. Estos controladores se denominan P+I, su funcionamiento consiste en que el
termostato regula de forma proporcional hasta que se acerca al punto de consigna, momento
en el que entra en funcionamiento el sistema integral que permite que el funcionamiento del
equipo sea más exacto. Para conseguir esto el control integral calcula cómo se está
modificando la temperatura y, si detecta que el porcentaje de funcionamiento que está
mandando no consigue que la temperatura se ajuste a la de consigna, la función integral toma
el mando enviando señales al actuador para que corrija su funcionamiento.


Fases de funcionamiento perturbación

Controlador proporcionales + integrales + derivativo: Los controladores anteriores P+I
siguen teniendo problemas de funcionamiento cuando se producen modificaciones bruscas en
la temperatura del local, pues la respuesta es muy lenta para volver nuevamente al punto de
consigna. Para resolver este problema se añade una función más a estos controladores. Esta
función es la derivativa. La función derivativa sería la encargada de comenzar la regulación,
funcionando prácticamente como un todo - nada consigue cambiar rápidamente la temperatura
del local. Cuando la temperatura se aproxima a la zona de confort el controlador derivativo da
paso al controlador proporcional que se hace cargo de la regulación, hasta que nos
aproximamos a la temperatura de consigna. Entonces el proporcional dejaría paso al
controlador integral. La función derivativa es muy inexacta, pues produce variaciones bruscas
en la temperatura, por lo que siempre acompaña a alguna actuación, no siendo válida en
solitario para la regulación.

EJEMPLO: Tenemos un local que se encuentra a la temperatura de consigna pero alguien
abre una ventana. Ante una demanda puntual de estas características el controlador derivativo
entra en funcionamiento para compensar la pérdida térmica que se produce por la ventana.
Cuando se cierra la ventana la temperatura empieza a corregirse dejando paso la función
derivativa a la función proporcional y cuando ya estamos llegando al punto de consigna la
función proporcional deja paso a la integral para que el valor obtenido sea exactamente el que
marcamos como punto de consigna.

Algoritmos de control: Los controladores que funcionan por algoritmos de control son equipos
que vienen de fábrica cargados con una serie de programas de respuestas ya predeterminados
por el fabricante ante unas condiciones concretas de demanda térmica. Estos programas de
respuestas no obedecen a ninguno de los funcionamientos antes vistos, son específicos de
cada fabricante y modelo, consiguiendo una calidad de regulación muy buena en la mayoría de
los casos.

Controladores Auto adaptativos: Es el sistema de regulación más complejo que existe en la
actualidad. Un procesador memoriza cómo repercuten las regulaciones que hace sobre la
temperatura ambiente. Memorizando estos datos conseguimos que el controlador mejore su
funcionamiento aprendiendo para la próxima ocasión en la que que vuelvan a producirse unas
características de funcionamiento semejantes. Reducen en gran medida los tiempos de llegada
a la temperatura de consigna.

2.15.5 > TIPOS TERMOSTATOS SEGÚN SU APLICACIÓN

La manera más frecuente de denominar a los termostatos es por la función que cumplen dentro
de la instalación, aquí vemos algunas de las más usuales.

Termostatos ambiente: Se utilizan para controlar la temperatura en el ambiente de un local. Al
encontrarse a la vista son discretos y estéticamente agradables. Son los más utilizados, en
algunos de ellos nos podemos encontrar que, dependiendo del tipo de equipo que controlen,
pueden disponer de controles adicionales como un control de ventilación que permite
seleccionar la velocidad del ventilador. La zona sensora no es visible, encontrándose en el
interior del termostato. Para que el aire entre en contacto con la zona sensora disponen de
rendijas de paso del aire.

Termostato con
Termostato con Termostato con
Termostato posición frío, calor Termostato con
encendido o posición frío,
conmutador o apagado para tres velocidades
apagado y el calor o apagado y
sencillo cambio de de ventilación
indicador. dos velocidades
temporada

Termostatos inmersión: Se utilizan para controlar la temperatura de fluidos caloportadores
(fluidos con los que transportamos el calor desde el punto de producción al punto que
trataremos térmicamente ). Suelen instalarse en el interior de equipos o en salas de máquinas,
lo que hace que su estética no sea muy tosca. Se caracterizan por disponer de un bulbo que es
el elemento sensible que se encarga de llevar el valor medido desde el punto de medición
hasta el termostato mediante un fino tubo capilar. Este tipo de termostato lo podemos encontrar
incluso sin carcasa, constando únicamente de una escala graduada.

Termostato con Termostato cuyo
Termostato
Termostato sin Termostato de bulbo y capilar bulbo es un
estanco a las
carcasa capilar corto para mucha arroyamiento de
salpicaduras
separación capilar

Termostatos de contacto: Se colocan en contacto con el elemento cuya temperatura
queremos controlar. Se utilizan para medir la temperatura exterior de las tuberías o la
temperatura interior del fluido mediante un tintero instalado en la tubería. En este tintero
introducimos la vaina del termostato.

Termostato Termostato de Termostato sin
Termostato de Termostato de
tubería. La zona vaina. Se coloca capilar. El bulbo se
tubería, con el vaina. La vaina es
sensora es la parte en tuberías coloca en la zona
muelle de sujeción la zona sensible
trasera directamente que mediremos.

Termostatos digitales: Se utilizan frecuentemente este tipo de termostatos cuando nos
interesa conocer la temperatura del fluido controlado o del ambiente, pues estos termostatos
ofrecen siempre la función de termómetro digital. La calidad de medición suele ser muy alta,
siendo su aplicación más extendida la instalación en cámaras frigoríficas. La sonda de
temperatura es una termorresistencia, que se conecta eléctricamente mediante cable
telefónico. Este tipo de sonda permite importantes distancias entre el termostato y la sonda.

Termostato digital para
Sondas opcionales para
refrigeración. Incluye
medición de temperatura de
funciones como la
conductos.
temporización de arrancada.

2.15.6 > CONEXIONADO DE TERMOSTATOS

Termostato que funciona como conmutador

En el conexionado de los termostatos hay tantas posibilidades como distintos termostatos
existen en el mercado. Aquí mostramos las conexiones más habituales. Tengamos presente
que cada fabricante suele tener unas características de conexionado. A continuación tenemos
varios esquemas sencillos de termostatos para distintos tipos de aplicaciones.

2.15.7 > CONEXIONADO DE CONTROLADORES

En los controladores no existen pautas genéricas para su conexionado, siendo necesario
consultar a cada fabricante el mejor modo de realizarlo. De forma genérica todos los
controladores dispondrán de:

- Una entrada para la sonda, de sección muy fina similar al cable telefónico. En algunos casos
incorporan la sonda en su interior y no tienen conexión para sondas externas ( dos cables )

- Una entrada para la alimentación eléctrica del propio equipo siendo posible encontrar equipos
alimentados a 220v o a 24v de corriente alterna ( dos cables más tierra, el tierra en estos
equipos es muy importante, pues algunos equipos lo toman como referencia de potencial cero
voltios).

- Una salida para mandar señal al equipo controlado, siendo necesarios tres cables para poder
mandar señales de apertura o cierre, según sea necesario.

2.16> SEPARADORES DE ACEITE


En los equipos frigoríficos el órgano que tiene un mayor trabajo mecánico es el compresor y
requiere una continua lubricación. El aceite, que no debería salir del compresor, en algunos
ocasiones se escapa hacia el resto del circuito, lo cual puede ser muy peligroso, como veremos
a continuación. Estas posibilidades aumentan en gran medida en equipos de cierta edad y con
muchas horas de trabajo.

SEPARADOR DE ACEITE INDUSTRIAL

2.16.1 > MIGRACIÓN DE ACEITE

El movimiento del aceite es normal y se produce en todos los compresores de los circuitos
frigoríficos, desde una nevera doméstica, un aparato de aire acondicionado, o una máquina
industrial.

A este movimiento del aceite por el circuito frigorífico se le denomina migración de aceite. Se
denomina así porque el aceite hace un recorrido cíclico por el circuito volviendo nuevamente al
compresor. Mientras la migración de aceite se mantiene dentro de unos parámetros normales
no se hace necesario tomar ninguna medida.

Hay varias causas que provocan la migración de aceite:

Causa 1: El compresor necesita tener lubricada la zona de compresión ya sean pistones o
cualquier otro elemento de compresión. Con el paso del tiempo se crean holguras, que
permiten que el compresor impulse con el refrigerante parte del aceite que lubricaba la zona de
compresión.

Solución: Este problema es difícil de solucionar siendo necesario retirar las
piezas desgastadas sustituyéndolas por otras. En algunos casos, como en los
compresores alternativos, la zona de desgaste de los pistones es recambiable
(camisas y aros de desgaste o segmentos). Siempre en estos casos es
recomendable montar un separador de aceite.

Causa 2: La miscibilidad del aceite con los refrigerantes que poseen átomos de cloro, pues el
cloro tiende a absorber el aceite. Esta característica se ve afectada por la temperatura del
refrigerante, de forma que cuanto más frío está el aceite mayor es la posibilidad de mezcla.
Esto se produce sobre todo en maquinaria frigorífica que funciona como bomba de calor y
maquinaria frigorífica que permanece en modo frío todo el año atendiendo salas de
ordenadores, cámaras frigoríficas, etc.

Solución: Para evitar este problema es suficiente con calentar el aceite
cuando la máquina está parada, que es el momento que más fácilmente se
produce la mezcla de aceite y refrigerante. El calentamiento se realiza con una
resistencia llamada de cárter porque se aloja en el cárter del compresor para
mantener éste caliente.

Causa 3: Algunos compresores especialmente los más pequeños se lubrican por salpicadura,
que consiste en que alguna parte móvil del compresor salpica aceite a todas las partes móviles.
Este sistema produce pequeñas gotas que son arrastradas con el refrigerante.

Solución: Montar un separador de aceite.

Causa 4: En algunas instalaciones la distancia entre las partes que componen el circuito
frigorífico están muy distantes, haciendo difícil el retorno del aceite. Esto es especialmente
peligroso cuando tenemos el compresor en un punto más elevado que el evaporador, pues el
aceite para volver a subir nuevamente al compresor tiene que ir resbalando por las tuberías
lentamente.

Solución: Todos los fabricantes de maquinaria en sus normas de instalación indican a
partir de qué distancia es necesario instalar sifones en la tubería ascendente para
funcionar a modo de descansos intermedios para el aceite, facilitando así el recorrido
hacia el compresor.

2.16.2 > DAÑOS PRODUCIDOS

Los daños producidos normalmente por el aceite son variados, dependiendo de la cantidad de
aceite que lleguemos a perder.

Golpe de líquido. Consiste en la entrada de aceite dentro del elemento de compresión que, al
no poder evacuarlo hacia la zona de compresión, provoca la rotura de las partes móviles. Es
especialmente peligroso para los compresores alternativos que llegan a partir las bielas de los
pistones. Algunos compresores tipo scroll tienen una seguridad que, en caso de llegada de
líquido a la zona de compresión, permiten su circulación sin producir daños.

Inundación de otras partes del circuito frigorífico. En todos los circuitos hay zonas que por su
posición mas baja o su forma son los elegidos por el aceite para acumularse. Si la acumulación
se produce en las baterías de intercambio se produce su inutilización desequilibrando el
funcionamiento del equipo. Ejemplo: si disminuimos la superficie del evaporador enfriaremos
menos el local que queremos climatizar.

Falta de lubricación. Si tenemos una pérdida constante de aceite hacia el circuito llega un
momento en el que no disponemos de cantidad de aceite suficiente para la lubricación de los
órganos internos del compresor, llegándose a producir por esta falta de lubricante el desgaste
de las partes que se encuentran en fricción constante e incluso su agarrotamiento por exceso
de calentamiento.

2.16.3 > CONCEPTOS BÁSICOS DE FUNCIONAMIENTO

MONTAJE DEL SEPARADOR DE ACEITE

Los separadores de aceite se encargan de recuperar la mayor cantidad posible de aceite
atrapando las partículas de aceite que son arrastradas junto al refrigerante hacia el circuito.
Estas partículas las llevan al compresor, que es donde realmente son útiles.

Evitan que se pierda el aceite lubricante por las tuberías del sistema obligándole a permanecer
en el compresor garantizando así el correcto lubricado de los elementos que lo necesitan.

Depende del tipo de refrigerante es necesario o no su montaje. En ejemplos como R-12 no era
necesario, con amoniaco es imprescindible y en R-22 es recomendable sobre todo en bajas
temperaturas.

Se coloca en la descarga del compresor lo más cercano posible a éste.

El funcionamiento del separador consta de varios pasos que son:

Producimos un brusco golpe con las paredes de éste, desprendiéndose parte del aceite que
acompaña al refrigerante. Al entrar en la cavidad del propio recipiente el gas pierde velocidad
perdiendo la capacidad de arrastrar el aceite.

Producimos cambios bruscos en la dirección de circulación del refrigerante haciéndole pasar
después por un filtro de malla, al cual se quedan pegadas las finas gotas de aceite que
escapan del compresor. Las finas gotas que quedan pegadas al filtro van escurriendo por su
propio peso hasta llegar al fondo del depósito. Una vez el aceite ha sido recogido solamente
necesitamos enviarlo al cárter del compresor. Para mandar el aceite existen dos formas
posibles:

Vaciado manual: Consiste en una válvula que debe ser abierta cuando a través del visor del
nivel de aceite acumulado veamos que es necesario su actuación. El propio refrigerante a alta
presión empuja el aceite hacia el cárter pues éste se encuentra a baja presión

Vaciado automático: Mediante una boya que actúa cuando el nivel es alto abriendo el paso de
aceite hacia el cárter, siendo el aceite impulsado por la presión del refrigerante.

Sección interna de
funcionamiento: Separador de
aceite industrial

2.16.4 > REPOSICIÓN DE ACEITE AL CIRCUITO

En algunas ocasiones el aceite se pierde por fugas en el circuito. En esos casos es necesario
volver a introducir más aceite en el circuito, encontrándonos con la dificultad de como hacerlo,
pues el circuito es hermético y se encuentra en sobrepresión.

Las indicaciones que hacemos son para compresores alternativos por ser los más extendidos,
siempre que cumplan la condición de que posean visor de líquido (pequeña mirilla a la altura
del cárter que permite ver el nivel de aceite). Existen varias formas de introducir el aceite dentro
del compresor siendo las más normales las indicadas a continuación:

Introducción directa en el compresor. Consiste en retirar el compresor del circuito frigorífico
e introducir el aceite por la aspiración del mismo. Permite eliminar el resto del aceite que queda
en el compresor para poder introducir la cantidad justa, pero requiere tirar el refrigerante y
volver a cargar la máquina.

Introducción por aspiración del propio compresor. Casi todos los circuitos poseen alguna
válvula antes de la aspiración del compresor. Si la cerramos y mantenemos funcionando el
compresor éste crea el vacío suficiente para poder absorber el aceite mediante un latiguillo de
carga conectado al obús de carga en baja presión.

Introducción por bomba de aceite. Es una bomba similar a las de bicicleta pero preparada
especialmente para absorber el aceite por la manguera y bombearlo por un latiguillo que se
conecta en la parte alta de la misma. En este caso nosotros tenemos que comprimir el aceite
para que tenga más presión que la existente en el circuito frigorífico.

CIRCUITO FRIGORÍFICO CON SEPARADOR DE ACEITE

2.17> TUBERÍA FRIGORÍFICA


El tubo utilizado en las instalaciones de aire acondicionado es distinto al utilizado en otro tipo
de instalaciones, como pueden ser las de fontanería. Los diámetros de comercialización de
unas y otras también es distinto, siendo las de fontanería en milímetros y la tubería frigorífica
en pulgadas. Aunque entre algunas tuberías hay coincidencia no se deben utilizar para
refrigeración tubos de fontanería, pues no cumplen las condiciones impuestas para su
utilización. Tampoco se deben mezclar distintos materiales en una misma instalación.

2.17.1 > CARACTERÍSTICAS DE LOS TUBOS

Lo primero que notaremos cuando trabajemos con estos tubos es que se sirven limpios de
impurezas, precintados y con tapones en los dos extremos para que conserven la
deshidratación a la que se le somete en fabrica a estos tubos.

CARACTERÍSTICAS GENERALES
ESTIRADO RECOCIDO
Peso especifico (kg/dm³) 8.9 8.9
Temperatura de fusión (ºC) 1083 1083
Calor especifico 0.092 0.092
Temperatura de recocido (ºC) - 500
Temperatura de forja (ºC) 750-900 750-900
Alargamiento (%) 3a5 28 a 30

2.17.2 > PRESENTACIÓN

El tubo se presenta en dos formatos posibles en tubo o en barra.

El que va en rollos se denomina recocido, esta clase de tubo permite ser doblado y suele
venir en rollos de 25m. Estos tubos no deben estirarse o curvarse más de lo necesario ya que
se endurecerá.
El que va en barras se denomina estirado, no tiene ductilidad por lo tanto no se puede doblar,
se utiliza sólo en tramos rectos.

Los diámetros de tubo que se emplean en refrigeración, otra diferencia importante son las
medidas exteriores que en los tubos para refrigeración esta estandarizado su uso en medidas
inglesas es decir en pulgadas y múltiplos de las mismas, en las siguientes tablas podemos ver
la equivalencia de medidas que tendríamos entre pulgadas y milímetros.

2.17.3 > LÍNEAS PRECARGADAS

Aunque hoy en día no se utilizan apenas, podemos encontrar gran cantidad de máquinas
montadas con el sistema de líneas precargadas. Este sistema intentaba facilitar el montaje de
los equipos partidos tipo split. Como el principal problema en las instalaciones es la
interconexión de las dos unidades, salieron al mercado unos rollos de tuberías que venían
aisladas, cargas de refrigerante (para que no hiciera falta hacer vacío a las líneas) y con las
tuercas montadas y el abocinado realizado, de tal manera que solamente era necesario
conectar las tuberías a las unidades y por una cuchilla interna al apretar las ultimas vueltas se
pinchaban las tuberías quedando el circuito perfectamente cargado y conectado.

El principal problema era que los rollos venían en distintas medidas y difícilmente venían justos
para las distintas instalaciones. A veces sobraba mucho tubo y la única opción era dejarlo
enrollado junto a la condensadora. Este inconveniente hizo que el sistema se dejara de utilizar
casi por completo y hoy lo único similar que podemos encontrar son rollos de tubería que
vienen aislados, pero sin cargar ni abocinar para que se pueda adaptar a cualquier instalación.

2.18> ACEITE


El componente del circuito frigorífico que más trabajo realiza es el compresor. Es el elemento
encargado de transformar la energía de tipo convencional en energía de movimiento, pero
siempre que producimos un cambio en el tipo de energía se generan pérdidas, que en el caso
del compresor son debidas al rozamiento de sus elementos internos encargados de la
compresión. Cuando tenemos piezas que están constantemente rozándose entre ellas
debemos refrigerarlas convenientemente, pues de lo contrario podrían llegar a sufrir dos tipos
de averías:

Por exceso de calentamiento: Debido a esta causa puede que se dilaten las piezas que se
encuentran en movimiento, llegando a quedar atascadas en su recorrido alguna de las partes
móviles. Cuando esto ocurre se dice que el compresor ha quedado agarrotado. El
agarrotamiento suele ser irreversible, aunque en algunas ocasiones puede llegar a funcionar
nuevamente cuando se enfría.

Por falta de lubricante entre los órganos en movimiento: Esto hace que los órganos se
rocen directamente llegando a sufrir desgastes entre los elementos en contacto que se
traducirán con el tiempo en holguras que producen ruidos excesivos y en definitiva la
imposibilidad de que el compresor pueda comprimir. El desgaste solamente puede
solucionarse cambiando los elementos desgastados.

2.18.1 > SISTEMAS DE LUBRICACIÓN

Por salpicadura: Consiste en que alguno de los órganos en movimiento del compresor
(normalmente el pie de biela) se introduce en el aceite del cárter (parte baja) salpicando el
interior del compresor. Este sistema solamente es válido para compresores muy pequeños.

Por bomba de aceite: En compresores grandes la lubricación de los órganos internos es
compleja, siendo necesaria una bomba específica para inyectar el aceite en todos los puntos
con posibilidad de rozamiento. La bomba de aceite aspira el aceite del cárter del compresor y lo
reparte por la galería de conductos que el fabricante trazó en todas las zonas con fricción del
compresor. La bomba de aceite suele ir siempre integrada en la parte trasera del compresor,
conectada al eje del motor del propio compresor del que toma la fuerza para su movimiento de
comprensión del aceite y por el que introduce el aceite para que llegue a los cojinetes y a los
pies de las bielas, quedando estos así perfectamente lubricados.

Recorrido del aceite por el interior de un compresor alternativo

2.18.2 > TIPOS DE ACEITES

Aceite mineral: Se emplean con los CFC y HCFC, son muy miscibles y poco higroscópicos.
No son miscibles con los nuevos refrigerantes, ya que éstos arrastran el aceite y se acumula en
el evaporador.

Poli-Alquil-Glicol ( P.A.G.): Se emplea con los HFC, es muy higroscópico, se oxida en
exposición con el aire. No se puede mezclar con mineral y se debe mantener en recipientes
herméticos. Se usa casi exclusivamente en automoción.

Poliol-Ester (Base Ester): Se puede mezclar con todos los refrigerantes (CFC, HCFC, HFC), y
también con el aceite mineral si no supera el 1% de éste en la instalación y si se emplea HFC.
Si se emplea HCFC se puede mezclar mineral y base Ester al 50%-50%. No es tan
higroscópico como el PAG, pero lo es más que el mineral.

2.18.3 > MIGRACIÓN DE ACEITE

El movimiento del aceite se da por todo el circuito, pues el aceite acompaña al gas en su
recorrido. El recorrido del aceite por el circuito, al igual que el gas refrigerante, debe ser cíclico.
Quiere decir que todo lo que parte del compresor debe de volver a él. Es frecuente que por el
tipo de instalación de los elementos del circuito frigorífico se produzcan zonas donde se
acumule el aceite. Esta acumulación es muy peligrosa por varias razones:

Si el aceite se acumula en otras partes distintas del cárter del compresor, corremos el riesgo de
que exista una deficiencia de aceite en el propio compresor. Ejemplo: Si el compresor tiene 33
cl de aceite y migra la mitad del aceite puede ocurrir que los 15 cl que quedan en el cárter del
compresor no sean suficientes.
La zona donde se acumula el aceite ve su funcionamiento afectado. Ejemplo: Si el aceite se
queda en alguna de las baterías éstas dejan de funcionar correctamente, pues todo el tubo que
esté ocupado por aceite no puede ser usado por el refrigerante para cambiar de estado.

2.18.4 > SIFONES EN LÍNEAS

Para facilitar el retorno especialmente en los equipos que tienen mucha distancia entre el
evaporador y el condensador se utilizan sifones colocados en las líneas. Son especialmente
necesarios cuando el compresor se encuentra a mayor altura que el evaporador. Al producirse
la comprensión el aceite sale hacia el condensador, viajando hacia el evaporador del cual es
difícil volver por encontrase con un gran desnivel. En la actualidad hay fabricantes que no
recomiendan la instalación de sifones por ser innecesarios para sus máquinas. La mejor forma
de saber si son necesarios o no es consultar al fabricante.

2.18.5 > RESISTENCIA DE CARTER

La resistencia de cárter es el elemento encargado de evitar que el refrigerante y el aceite se
mezclen. Cuando el aceite está frío tiende a mezclarse con el refrigerante, con la resistencia de
cárter calentamos el aceite que se encuentra en el cárter del compresor, evitando que se
mezclen los dos elementos.

La resistencia de cárter que utilizamos puede ser de dos tipos:

De superficie. Consiste en una abrazadera sin fin que es capaz de englobar el perímetro del
compresor y que en su interior consta de un cable térmico que al enchufarlo calienta la
superficie exterior del compresor. Se utiliza en compresores muy pequeños.

Interna. Consiste en una resistencia que se aloja en el interior del bloque que forma el
compresor, pero no tiene contacto directo con lo que queremos calentar, pues lo que
calentamos es el cuerpo externo del compresor en la zona del cárter. Este sistema tiene un
gran defecto y es que cuando una resistencia se rompe es normal que se dilate quedándose la
resistencia agarrotada en el interior del alojamiento del cárter dispuesto a tal efecto.

2.18.6 > VISOR DEL NIVEL DE ACEITE

El visor de nivel de aceite nos permite controlar la cantidad que tenemos en el cárter. El visor
consiste en un cristal que mediante una junta y tornillería va fijado al bloque del compresor. El
nivel de aceite debe llenar entre la mitad y tres cuartos del visor.

En los compresores de pequeño y mediano tamaño no disponemos de visor, siendo su
presencia muy habitual en compresores semi-herméticos de gran potencia.

2.18.7 > CARACTERÍSTICAS

Los aceites para refrigeración deben estar deshidratados, soportar temperaturas frías y no
debe descomponerse en condiciones normales de funcionamiento.

Viscosidad: Es la resistencia que fluye por un sitio. Si es viscoso, es que es muy denso el
aceite y si tiene poca viscosidad es muy fluido.

Se mide en grados Engler y se suele acompañar la temperatura del aceite y el tiempo que
tarda en fluir por el equipo de medición Engler. Otra medida es la ISO VG que tiene una escala
del 2 hasta el 100. Para refrigeración se emplean aceites con poca viscosidad.

Punto de congelación: Es la temperatura a la cual el aceite deja de fluir, se solidifica.
Minerales = 50ºC

Alquibencénicos, base Ester = 100ºC

Carbonización: Es el punto de inflamación y combustión del aceite.

Al soportar temperaturas elevadas el aceite se ennegrece y se carboniza, la temperatura de
carbonización es entre 120 –130ºC.

Punto de flucolación: Es la temperatura a la cual aparecen granos de cera en el aceite,
mezclado con refrigerante. Esta temperatura es más baja que la de congelación. Al subir la
temperatura el aceite ya no se puede reutilizar.

Índice de neutralización: Cuando los aceites se mezclan con agua u oxígeno suelen crear
ácidos. Este índice nos indica la cantidad de ácido que es capaz de crear. Es mejor cuanto
menor es este índice.

Rigidez dieléctrica: Es la resistencia eléctrica del aceite, suele ser de 25 Kv.

EJEMPLO de características del SUNISO 365:

Viscosidad: SSU –37,8º 150"
Índice de neutralización: 0,1
Rigidez dieléctrica: 25 Kv

2.19> OTROS ELEMENTOS


Existen en los circuitos frigoríficos algunos elementos que es necesario que sepamos de su
existencia, pues influyen significativamente en el funcionamiento de todo el sistema, aunque no
son de uso frecuente en instalaciones de pequeña potencia.

ESQUEMAS DE VÁLVULAS PARA
DIVERSOS FINES

2.19.1 > VÁLVULAS DE CONTROL DE ASPIRACIÓN (KVL)

válvula KVL

Este tipo de válvulas regula la presión de aspiración del compresor cuando ésta supera ciertos
valores que podrían sobrecargar el compresor.

Normalmente se calculan los compresores para que trabajen a régimen. En el momento en que
se pone en marcha por primera vez introducimos una carga térmica muy grande o sale de un
desescarche. La válvula de expansión se abre a tope para poder regar el evaporador. Éste, al
estar caliente, produce la total evaporación del refrigerante aumentando la presión de
evaporación. Si esta sobrepresión se prolonga se dispararía el protector térmico del compresor.

Con la válvula KVL podemos evitar que al compresor le llegue tanta presión de aspiración en
las arrancadas limitando la presión.

Por ejemplo, en una instalación con R-22 si la cámara tiene 20ºC la presión de aspiración sería
de 5 bar. Esta presión es elevada para el tipo de compresor que tenemos instalado. Entonces,
con la ayuda de un manómetro, regulamos la válvula para tener una presión máxima de
evaporación de 2 bar.

La válvula, mientras tenga una presión superior a 2 bar, irá cerrando para limitarla. En el
momento en que la máquina trabaje a régimen y consigamos una presión inferior a 2 bar la
válvula no actúa.

Se debe instalar lo más cercano posible del compresor.

2.19.2 > VÁLVULAS DE CONTROL DE CONDENSACIÓN (KVR KVD)

válvula KVR

La válvula KVR se coloca a la salida del condensador para aumentar la presión de
condensación cerrando el paso de refrigerante.

Hasta que no alcanza la presión a la cual la hemos ajustado no abre y por lo tanto llenamos el
condensador de líquido haciéndolo más pequeño.

De esta manera aumentamos la presión pero también dejamos el calderín sin presión. Para
evitar esto, se coloca también junto a ésta una KVD que inyecta gas caliente al calderín.

Normalmente mantiene 1 bar por debajo de la presión de la línea de líquido.

Las KVD se usan también para aumentar la presión de alta comunicando la alta con la baja
para aumentar la presión de descarga.

En verano no actúa ninguna de las dos válvulas.

Esquema de montaje

2.19.3 > VÁLVULAS DE CONTROL DE EVAPORACIÓN (KVP)

Se coloca en la línea de aspiración justo después del evaporador para regular la presión de
evaporación.

Se utiliza normalmente en el caso que tengamos un compresor con varios evaporadores y en
éstos queramos conseguir temperaturas diferentes.

La válvula regula el paso de refrigerante para conseguir la presión correspondiente a la
temperatura que quedamos conseguir en la cámara aunque el compresor aspire por debajo de
ésta.

Por ejemplo si el compresor aspira a 0,6bar la válvula la regulamos a 2,5bar para conseguir la
temperatura deseada en el recinto a enfriar.

También se utiliza en los casos en que el compresor es de mayor potencia que los
evaporadores, de esta manera podemos conseguir en el evaporador la presión adecuada para
conseguir la temperatura deseada en la cámara.

Esquema de montaje

Si tenemos varias cámaras conectadas en la misma línea de aspiración, han de llevar una
antirretorno cada una, ya que si una de ellas para por temperatura se quedaría a menor presión
que las demás. Entonces las demás que sí funcionan enviarían el gas a la cámara que está
parada. Este gas se acumula y se condensa provocando en el momento de la arrancada
golpes de líquido en el compresor.

El tornillo de regulación de estas válvulas opone una resistencia al paso del refrigerante desde
0,5 hasta 5 bar.

Estas válvulas son útiles para ajustar el D t en las cámaras con producto fresco.

Es igual que la KVR pero trabajan en un margen diferente de presiones.

ÉSQUEMA DE VÁLVULA

2.19.4 > VÁLVULAS PRESOSTÁTICAS

Se emplean para controlar la presión de condensación en los condensadores de agua.

Se conecta a la presión de alta y abre o cierra la válvula dependiendo de ésta.

La presión se controla con el tornillo de manera que cuando la instalación esté parada ha de
cortar el agua.

ÉSQUEMA DE VÁLVULA

2.19.5 > INTERCAMBIADOR DE CALOR

Los intercambiadores de calor se empleaban mayoritariamente en R-12 y R-502 ya que
aumentábamos considerablemente su rendimiento.

El intercambiador simplemente pone en contacto la tubería de aspiración y la de líquido a
contracorriente de manera que incrementamos el recalentamiento y el subenfriamiento.

Con los gases antes mencionados se incrementaba el rendimiento sin elevar demasiado la
temperatura de descarga cosa que no pasa por ejemplo con el R-22.

Va colocado lo más cerca posible del evaporador , la línea de líquido se aísla una vez pasado
el intercambiador. El condensador se sobredimensiona.

En los sistemas con capilar se provoca un intercambio entre la línea de líquido y la aspiración
para evitar que el gas se expansione antes de llegar al evaporador.

Forma externa del intercambiador

Esquema de montaje

Modulo2 parte3

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