Generadores de Calor: Bomba de Calor Components PDF

Generadores de calor: bomba de calor COMPONENTES COMPRESOR Cumple una función similar a la de una bomba en un circuito de calefacción, es decir desplazar el fluido de una parte a otra de la instalación, en el caso de estos equipos recoge (aspira) el gas refrigerante del evaporador y lo impulsa aume...

Generadores de calor: bomba de calor COMPONENTES COMPRESOR Cumple una función similar a la de una bomba en un circuito de calefacción, es decir desplazar el fluido de una parte a otra de la instalación, en el caso de estos equipos recoge (aspira) el gas refrigerante del evaporador y lo impulsa aumentando su presión y temperatura hacia el condensador. El consumo del motor eléctrico del compresor ha de ser el menor posible para aumentar así el rendimiento final del equipo, aunque tampoco debemos olvidar otros componentes como por ejemplo los ventiladores. Las informaciones completas que definen un compresor figuran en la placa de características pegada en el compresor o en la base del grupo. Es importante recordar que al compresor únicamente le ha de llegar refrigerante en estado gaseoso, ya que de entrar en él refrigerante líquido, al no ser este compresible se dañaría. Una forma de evitar esto es colocar en la entrada del compresor un depósito de aspiración. En la mayoría de los casos los compresores empleados en estos equipos son de tipo scroll, su funcionamiento se basa en que las cámaras de compresión están generadas por dos espirales idénticas, una superior (estator) que está fija, en cuyo centro está el escape, y otra de movimiento excéntrico (rotor), montadas frente a frente, en contacto directo. Comprime por variación de volumen de la cámara rotativa. Su funcionamiento se compone de tres fases: aspiración, compresión y descarga. Módulo: Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Calor 9 Generadores de calor: bomba de calor EVAPORADOR Es otro de los componentes principales de toda instalación frigorífica, porque en él es donde verdaderamente producimos el frío, ya que el refrigerante absorbe calor del ambiente que lo rodea, para evaporarse. El evaporador ha de tener tamaño suficiente para que todo e refrigerante se evapore evitando que pueda llegar en estado líquido al compresor. Si por el contrario su tamaño fuese excesivo, al aumentar el volumen de vapor aumentaría el consumo del compresor y disminuiría el rendimiento del equipo. Fundamentalmente y de forma mayoritaria un evaporador para un equipo partido (aire/aire) consiste en un serpentín de cobre por el que circula el refrigerante que incorpora aletas muy finas de aluminio para aumentar la superficie de intercambio. Estas aletas son tan finas que es relativamente sencillo doblarlas durante el transporte y/o instalación del equipo, produciendo un aumento de las pérdidas de presión a vencer por el ventilador por lo que el caudal de aire que lo atraviesa disminuirá, variando los parámetros de funcionamiento del equipo. Módulo: Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Calor 10 Generadores de calor: bomba de calor CONDENSADOR Su misión consiste en condensar o licuar el gas que le llega del compresor a alta temperatura y presión, si el dimensionamiento del condensador es correcto al igual que la carga de refrigerante, en un funcionamiento sin problemas al final del condensador tendremos el refrigerante en estado líquido y en proceso de subenfriamiento. En los equipos en los que en vez de calentar el aire de un local se busca aumentar la temperatura del agua (termos de ACS, aerotermia, etc.) el condensador es del tipo intercambiador de placas a contracorriente o de serpentín en inmersión. ELEMENTOS DE EXPANSIÓN Son el límite entre la parte de alta presión y la de baja, a estos llega el líquido que al atravesarlos pierde bruscamente presión facilitando la evaporación del gas al entrar en el evaporador. CAPILAR Éstos se utilizan normalmente, como único elemento de expansión, en equipos de pequeñas potencias, por la facilidad de instalación, el bajo coste y su fiabilidad. Permiten la utilización de compresores de bajo par de arranque por el buen equilibrio de presiones. Cuando el refrigerante líquido entra dentro del tubo capilar se produce una estrangulación, (aumenta la velocidad y disminuye la presión) debido a esto, a su salida, parte del líquido, alrededor de un 30 %, se evapora al disminuir la presión. A la salida de los tubos capilares, el gas refrigerante se encuentra, pulverizado, parte del mismo en estado gaseoso y parte en estado líquido. Los tubos capilares están calibrados, quedando la potencia calorífica/frigorífica en función del diámetro y la longitud de los mismos. Las condiciones de trabajo de los equipos con únicamente tubos capilares, se ajustan con la carga de refrigerante. Módulo: Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Calor 11 Generadores de calor: bomba de calor ACCURATER Es un sistema muy empleado en el pasado y consiste en un un orificio calibrado según la capacidad del evaporador, este puede ser doble cuando el equipo es bomba de calor. Pueden estar ambos elementos (uno por ciclo) en la misma unidad o separados. VÁLVULA EXPANSIÓN TERMOSTÁTICA Válvulas de expansión termostáticas: éste es el dispositivo de expansión más utilizado en los sistemas de refrigeración comerciales. Envía el flujo refrigerante al evaporador en respuesta al grado de sobrecalentamiento del vapor refrigerante que sale del mismo. La válvula termostática, posee un elemento térmico (bulbo) conectado por medio de un pequeño tubo capilar sellado. Su principio de funcionamiento se basa en mantener un recalentamiento constante en el evaporador. El bulbo está lleno parcialmente con refrigerante líquido y mantiene algo de líquido en todas las condiciones de temperatura y carga, además está adaptado a la línea de succión de modo que cualquier cambio de temperatura en esta línea origine el cambio correspondiente en el bulbo térmico. Bajo un aumento de carga térmica, el refrigerante hierve con mayor rapidez en el evaporador, esto ocasiona el aumento de la temperatura en el bulbo térmico debido al recalentamiento. La mayor temperatura produce una presión superior dentro del bulbo y el tubo capilar, lo que, a su vez, origina la expansión del fuelle metálico y una mayor abertura de la válvula. Como resultado se admite mayor refrigerante líquido al evaporador para compensar el aumento de carga. VÁLVULAS DE EXPANSIÓN ELECTRÓNICAS Son mucho más rápidas que las anteriores, permitiendo, además, un control proporcional de la carga de refrigerante, haciéndolas ideales para aquellos casos en que las cargas sufren grandes variaciones. En las válvulas de expansión electrónicas, podemos encontrar principalmente, dos tipos diferenciados una de tipo “todo-nada” que abre o cierra totalmente durante más o menos tiempo y otras cuyo obturador puede ocupar posiciones intermedias logrando así inyectar la cantidad de combustible ideal. VENTILADORES Tanto el evaporador como el condensador (en las bombas de calor aire-aire) incorporan un ventilador que moverá el aire a través del intercambiador para absorber de este el frío o el calor según corresponda. En las unidades interiores estos ventiladores suelen tener más de una velocidad, que cambiara de un valor a otro automáticamente según la temperatura demandada en los electrónicos o manualmente a través de un termostato. En las unidades exteriores también es habitual el empleo de ventiladores (varios) con varias velocidades, las cuales pueden varias según la presión de condensación. Módulo: Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Calor 12 Generadores de calor: bomba de calor Es importante tener en cuenta el sentido de giro de los ventiladores para no invertir el sentido del flujo del aire que atraviesa los intercambiadores. DESESCARCHE Cuando la bomba de calor funciona en modo calefacción en la unidad exterior tenemos al evaporador. El aire que pasa por el intercambiador del evaporador se enfría, si su temperatura desciende por debajo de su punto de rocío a la entrada, parte de la humedad se condensa y el agua líquida goteará por la unidad exterior. Para que exista intercambio de calor entre el aire y el refrigerante de la evaporadora, éste debe tener una temperatura menor. Si el aire atraviesa las aletas del evaporador a una temperatura suficientemente baja es fácil que la temperatura del intercambiador baje por debajo de 0ºC lo que implica la aparición de hielo en la batería evaporadora, es el conocido fenómeno de escarche (frosting). Esto puede empezar a suceder cuando la temperatura exterior desciende por debajo de los de los 6ºC. FORMACIÓN DE LA ESCARCHA La congelación de parte de la humedad contenida en el aire en el evaporador se puede producir de tres formas diferentes: escarcha, nieve o hielo. Cuando comienza el proceso de formación de hielo se produce escarcha en la superficie de los tubos y las aletas del evaporador. La escarcha está formada por cristales de hielo. En un primer momento esto aumenta notablemente la superficie de intercambio, mejorando la transmisión de calor. La escarcha se va compactando, pasando a ser un bloque de nieve que tiene dos consecuencias directas: • Se reduce el intercambio de calor del evaporador, la potencia térmica de la bomba se reduce y empeora la eficiencia energética. • La bomba de calor intentará mantener el flujo de intercambio de calor, pero como el intercambiador transmite peor el calor, la temperatura del refrigerante en el evaporador desciende aún más, provocando la aparición de más hielo. Además, en esta situación el compresor trabaja con una relación de compresión muy alta, lo que no es bueno para el aparato. Si no se interrumpe el proceso el bloque de nieve terminará convirtiéndose en hielo compacto. Cuando se dan estas condiciones se debe eliminar periódicamente está acumulación de escarcha, es lo que se denomina proceso de desescarche. La velocidad de formación de la escarcha depende de muchos factores, de la distribución de paso del aire por la batería y de su velocidad, del diseño de las aletas, de la distribución del refrigerante por el serpentín, de la suciedad… Cuanta más humedad relativa tenga el aire exterior más escarcha aparece en la batería. Al descender mucho la temperatura exterior también se reduce la humedad relativa de manera que a temperaturas muy bajas la velocidad de aparición de la escarcha desciende mucho. (Por debajo de los -7ºC ). Los procesos de desescarche consisten básicamente en aplicar calor a la batería del evaporador para que se descongele. Existen muchos métodos para realizar este proceso pero de todos ellos nos centraremos en los más habituales en las bombas de calor, los desescarches por inversión de ciclo. No obstante existen equipos, fundamentalmente los destinados a calentamiento de ACS que emplean el desescarche por gas caliente. Módulo: Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Calor 13 Generadores de calor: bomba de calor DESESCARCHE POR INVERSIÓN DE CICLO Para realizar este desescarche pondremos a funcionar la bomba de calor en modo frío, para que la unidad exterior se convierta en condensador, deshaciendo la acumulación de hielo en la batería. Durante el proceso de desescarche el ventilador de la unidad exterior se para, facilitando el desescarche. También se parará el ventilador de la unidad interior para evitar introducir aire frío al local. El desescarche ha de realizarse lo menos posible pues cada vez que se realiza disminuye el rendimiento del equipo al dejar de calefactar la zona afectada. INSTALACIÓN Para realizar la instalación de las unidades (anclaje, conexión eléctrica y fluídrica) se han de respetar siempre las instrucciones dadas por los fabricantes. UNIDAD EXTERIOR El ruido generado por esta unidad es muy direccional por lo que hemos de tener en cuenta tanto el lugar elegido como la orientación del equipo. Es conveniente escoger un emplazamiento protegido de los vientos predominantes. Tampoco debe haber nada que impida la libre circulación del aire alrededor del módulo exterior (admisión y salida) y se evitará situar el equipo cerca de zonas de descanso de una terraza enfrente de una pared con ventanas. Debemos asegurar una circulación de aire correcta, por lo tanto, el aire que mueve su ventilador ha de tener espacio para entrar por detrás, salir por delante y no ser absorbido de nuevo con la entrada, es decir no ha de realimentarse el aire de la entrada con el de la salida. Esto se consigue respetando las distancias de la unidad exterior con respecto a muros y paredes. Los fabricantes ofrecen las distancias mínimas que se deben cumplir para garantizar un correcto funcionamiento de sus equipos, en el ejemplo se aprecian las distancias mínimas recomendadas para una bomba aerotérmica Baxi. Módulo: Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Calor 14 Generadores de calor: bomba de calor El anclaje debe hacerse sobre una estructura sólida que soporte su peso y de manera que se puedan evacuar los condensados que se producen cuando trabaja en modo calefacción. Cuando la unidad va sujeta a fachada (caso extraño para estas unidades exteriores) se han de tener en cuenta el peso de la unidad, las vibraciones que se producirán durante su funcionamiento, los fenómenos meteorológicos de la zona (viento, nieve) y el tipo de material que forma la pared para escoger el sistema de anclaje, el uso de taco químico suele ser una buena solución en múltiples ocasiones. UNIDAD INTERIOR La colocación de la unidad interior depende mucho del tipo de unidad, ya que estas pueden ser de pie o murales. En cualquier caso, se deben respetar las normas que cada fabricante establezca. Módulo: Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Calor 15 Generadores de calor: bomba de calor INTERCONEXIÓN DE UNIDADES CONEXIÓN ELÉCTRICA Las conexiones deben realizarse respetando el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión, así como las instrucciones dadas por el fabricante. CONEXIÓN FLUIDRICA Para la conexión entre la unidad interior y exterior, en el caso de las biblock, se deben respetar las distancias y diámetros que dictan los fabricantes, estas distancias estarán condicionadas no solo por la longitud de las tuberías del circuito fluídrico sino también por el desnivel entre ambas unidades. Módulo: Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Calor 16 Generadores de calor: bomba de calor Es conveniente dejar siempre una ligera pendiente hacia la unidad exterior, así como un sifón a la salida de la unidad interior y en la línea de gas si esta es muy larga para favorecer el retorno del aceite. PRUEBA DE ESTANQUEIDAD Una vez conectados los tubos a la bomba de calor hay que realizar una prueba de estanqueidad para comprobar que no hay fugas, especialmente en los cuatro abocardados y en las posibles soldaduras y uniones que hayamos hecho. Los pasos a seguir son: • Conectar el puente de manómetros a la toma de presión disponible en la unidad exterior. • Conectar la botella de nitrógeno al puente de manómetros de manera que cargaremos las tuberías a través de este. Módulo: Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Calor 17 Generadores de calor: bomba de calor • No abrir las llaves de corte de la unidad exterior ya que, en función del modelo, puede venir con precarga de refrigerante. • Cargar la instalación (tuberías y unidad interior) con el nitrógeno hasta una presión un 10% superior a la máxima del equipo. Por ejemplo, 40 bar cuando usamos R410a. • Cerrar las llaves del puente de manómetros del lado de la botella. Esperar a que la presión se estabilice. • Comprobar que no disminuye la presión. Una vez se estabilice la presión, el tiempo de comprobación puede ser de unos 30min. • Una vez pasada la prueba con éxito cerramos la llave roja de alta para desmontar la botella de nitrógeno y procedemos a realizar la operación de vacío de la instalación. Así extraeremos el nitrógeno y la humedad que quede en la instalación antes de proceder con la carga de refrigerante. VACÍO DE INSTALACIÓN Esta operación debe realizarse antes de introducir una carga de refrigerante en la instalación. Hay que llegar a un contenido de agua extremadamente bajo en la instalación para evitar la formación de ácidos que den lugar a corrupción y descomposición del aceite. También evitaremos problemas de obstrucciones por congelación y de funcionamiento en el compresor. El tiempo de vació depende de la longitud de las tuberías, de todas formas, podemos decir que 30 minutos es el tiempo mínimo. Aunque no se ha de emplear como sistema de comprobación de estanqueidad, pues favorece en caso de no existir esta la entrada de aire es también un buen indicador de posibles fugas. El procedimiento para realizar el vacío del circuito es el siguiente: • Con las válvulas totalmente cerradas (tal y como vienen de origen), conectar las mangueras del analizador al obús de carga de la válvula de 3 vías. • Conectar la manguera central del analizador (Amarilla) a la bomba de vacío. Módulo: Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Calor 18 Generadores de calor: bomba de calor • Poner en marcha la bomba de vacío y abrir la llave de baja (Lo) del analizador. La aguja del manómetro de baja se moverá por debajo de 0. Mantener el funcionamiento de la bomba durante al menos 20 minutos. (Si el manómetro no cambia de 0 a -0,76 Kpa o -30 lbs el circuito frigorífico está abierto, revisarlo ya que podría existir una fuga). El tiempo que debe estar la bomba de marcha depende de factores como: capacidad de la bomba de vacío, existencia de refrigerante en el aceite del compresor (puede tardar tiempo en evaporarse), el grado de humedad que hayamos introducido en la instalación (disminuye si el barrido y la prueba de estanqueidad se realizan con nitrógeno). Cerrar la llave de baja (Lo)del analizador y apagar la bomba (siempre en este orden: CERRAR y PARAR). No está de más dejar el equipo en esta situación durante 15 ó 20 minutos. Si la presión sube un poco y se estabiliza, no hay fuga. Si sube mucho puede que aún quede humedad en la instalación. Si sube muy rápido es que hay fuga. CARGA DE REFRIGERANTE Todo circuito frigorífico está diseñado para trabajar con una cantidad específica de refrigerante. Si el circuito frigorífico trabaja con una cantidad mayor o menor, el rendimiento del mismo disminuye y a medio o largo plazo se podrían averiar ciertos componentes. Una de las formas de comprobar si un equipo split está trabajando con falto o exceso de gas, es comprobando sus presiones de funcionamiento. A mayor carga de gas mayor presión; a menor carga de gas menor presión. Si la unidades trabajaran siempre en las mismas condiciones de temperatura tanto interior como exterior, sería muy fácil comprobar su carga de refrigerante. Teniendo en cuenta que los aparatos de aire acondicionado están diseñados para que trabajen a una presión en el circuito de baja correspondiente a una temperatura de evaporación de 4°C solo habría que añadir gas al circuito hasta conseguir alcanzar esta presión de funcionamiento en baja. Antes de introducir refrigerante en el circuito frigorífico debemos asegurarnos de que no hay aire ni humedad en las mangueras. Esto se realiza conectando las mangueras al puente de manómetros y abriendo un poco la botella de refrigerante para que este barra el aire interior de las mangueras. Módulo: Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Calor 19 Generadores de calor: bomba de calor Pueden darse tres situaciones: 1) Que la bomba de calor venga precargada con suficiente refrigerante para la distancia que tenemos entre unidad exterior e interior. En este caso sólo tenemos que abrir lentamente las llaves de corte de la unidad exterior. 2) Que la bomba de calor venga precargada pero no con suficiente refrigerante para la distancia entre unidades. En ese caso introduciremos el extra de refrigerante que necesitamos y luego liberaremos el refrigerante que viene en la bomba 3) Que la bomba de calor no tenga precarga de refrigerante. Una vez hecho el vacío habrá que introducir la carga completa de refrigerante. Cuando el refrigerante es una mezcla zeotrópica (no azeotrópica), por ejemplo R410a, la carga debe hacerse siempre en forma líquida. El proceso de carga será: • Se calculan los gramos de refrigerante a cargar en función de la distancia entre las unidades. Para ello se siguen las instrucciones del fabricante de la bomba de calor. • Se conecta la botella de refrigerante en posición de carga de líquido en la toma media del puente de manómetros donde estaba conectada la botella de nitrógeno o la bomba de vacío. En el caso de que no lleve toma de líquido colocaremos boca abajo la botella para asegurarnos que el refrigerante entrará en forma de líquido. • La unidad exterior se conectará por la zona de alta en gases zeotrópicos. Si inyectamos refrigerante líquido por la toma de baja presión deberemos llenar despacio y tener mucho cuidado con los golpes de líquido al compresor. • Se coloca la botella en una báscula electrónica. • No poner la bomba de calor en marcha. • Abrimos la llave de paso para permitir el paso de refrigerante. • Cerramos la llave al cuando el peso de la botella coincida con la cantidad a cargar. Si la carga de refrigerante es porque hemos detectado una fuga y queremos recargar debemos eliminar todo el refrigerante de la instalación y proceder desde el principio: barrido con nitrógeno, vacío y carga completa. Módulo: Montaje y Mantenimiento de Instalaciones de Calor 20