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Transferencia de refrigerante y daños al compresor

14 mayo 2008
Cuando un sistema de refrigeración que usa compresores de pistón o scroll con cárter conjugado con un lado de baja presión, se apaga, no todo queda parado en el circuito de refrigeración. La carga de un fluido refrigerante se puede mover de un local del sistema para otro a través de 3 mecanismos: por absorción de fluido refrigerante por el aceite lubricante del compresor, por diferencia de temperatura o por gravedad. Ignorar fenómenos ocultos como esos puede en muchos casos causar problemas al sistema y al compresor. Obviamente el fluido refrigerante es indispensable en el sistema, por eso debe ser cuidadosamente controlado durante la operación del sistema así como cuando esta apagado. Nuestro enfoque será en el control de fluido refrigerante durante el período en que el sistema se apague y los problemas que ese movimiento puede causar.

Algunas de estas cuestiones relacionadas a movimiento de fluido refrigerante puede causar daños al compresor como:

  • Absorción de fluido refrigerante por aceite
  • Dilución de aceite
  • Bombeo de aceite fuera del compresor
  • Movimiento de fluido por diferencia de temperatura
  • Retorno de líquido a la descarga
  • Retorno de líquido

En cualquier equipo de refrigeración es necesaria una cantidad específica de fluido refrigerante para que el sistema trabaje de forma apropiada. Esa cantidad de fluido refrigerante puede estar encima o debajo de la cantidad máxima recomendada por el fabricante del compresor. Sistemas que generalmente exigen una cantidad de fluido refrigerante inferior a la máxima recomendada par aun compresor: equipos unitarios como refrigeradores domésticos, sistemas de Aire acondicionado de ventana, maquinas para fabricación de hielo y otras. Algunas que pueden requerir de mas fluido refrigerante serían máquinas como: Aire acondicionado residencial tipo split, máquinas para fabricación de hielo con condensador remoto y equipos de aire acondicionado comercial, estos pueden requerir una mayor carga de refrigerante que la recomendada para el compresor.

Cuando tratamos de sistemas montados en campo (split residencial y comerciales), la cantidad de fluido refrigerante necesaria debe también llevar en consideración los componentes del sistema, particularmente las líneas de succión y de líquido. Se puede requerir agregar aceite al sistema para garantizar una lubricación apropiada al compresor. Cuando la cantidad de fluido refrigerante necesaria para el sistema excede la cantidad máxima recomendada para el compresor, se deben seguir los siguientes pasos para proteger al compresor de de los efectos del movimiento del refrigerante durante el tiempo que el sistema permanece apagado.

Absorción de fluido refrigerante
La absorción (transferencia de fluido refrigerante, por difusión, de las partes del sistema con fluido refrigerante a las partes del sistema con aceite), esto pasa siempre que ocurra un diferencial de presión perceptible en el equipo, ya que la presión de fluido refrigerante en forma de vapor es ligeramente más baja en la superficie de contacto con el aceite lubricante que en las demás partes del sistema.

¿Qué causa la absorción?
El aceite lubricante del compresor debe ser miscible con el fluido refrigerante del sistema. La miscibilidad significa que el aceite lubricante se combina físicamente con el fluido refrigerante, lo que ayuda a garantizar que el retorno de aceite enviado al sistema sea más confiable.

En condiciones normales de temperatura, la presión de vapor de aceite en un sistema de refrigeración es mucho más baja que la presión de fluido refrigerante, durante períodos de paro. Como resultado de la miscibilidad entre el fluido y el aceite, el fluido refrigerante que está en contacto con la superficie de una gran cantidad de aceite es absorbido. Esto hace que la presión de fluido refrigerante en esa región de contacto disminuya y esa diferencia de presión produce un fenómeno de difusión, que representa la transferencia de fluido refrigerante de otras regiones ricas en fluido para el área con mucho aceite y con baja presión.

Cuando la cantidad de fluido refrigerante disponible para migración es menor que la cantidad máxima soportada por el compresor, ocurre una reducción de presión repentina en el cárter que al momento de arrancar produce una gran cantidad de espuma, lo que significa que el refrigerante está saliendo del aceite; este es un efecto normal, aceptable y visible por la mirilla de aceite en el cárter del compresor. Esa espuma es compuesta de fluido refrigerante en forma de vapor envuelta por una película de aceite. Cuando la cantidad de fluido refrigerante en el sistema excede la cantidad máxima recomendada para el compresor y el tiempo de paro del compresor ha sido suficientemente largo, el nivel de aceite puede subir más del límite aceptable. Será producida una cantidad mucho mayor de espuma, alcanzando un nivel más alto dentro del cárter por un período más largo.

Cuando la carga de fluido refrigerante del sistema está por debajo de la carga máxima recomendada por el fabricante, la espuma es producida en cantidades muy pequeñas que no son suficientes para alcanzar a pasar internamente a la succión del compresor. El mecanismo del compresor puede soportar pequeñas cantidades de aceite sin sufrir daños, mas cuando la cantidad presente en la espuma es mucha, la tentativa de comprimir ese líquido creará una fuerza suficiente para dañar el mecanismo del compresor.

Un compresor que sea capaz de evitar daños por grandes cantidades de aceite proveniente del movimiento de fluido refrigerante durante el período de paro, sufrirá daños por otros medios. Considere que el exceso de fluido refrigerante en el cárter del compresor en el momento de arranque puede causar otros efectos adicionales como dilución de aceite y bombeo de aceite fuera del compresor.

Dilución de aceite
Una cantidad excesiva de fluido refrigerante en el cárter del compresor reduce la capacidad de lubricación de aceite, ya que se reduce la viscosidad del mismo. Como resultado, tenemos el contacto metal con metal que ocurre al inicio y en algunas otras ocasiones, hasta que el exceso de refrigerante sea retirado del aceite y por el calentamiento del compresor durante la operación. Este tipo de contacto causa daños significativos a esos componentes mecánicos, daños que son fatales para el equipo.

Bombeo de aceite fuera del compresor
Este fenómeno ocurre cuando durante el arranque tenemos espuma que está siendo succionada por el compresor y es enviada al sistema en cantidades que mantienen el cárter del compresor abajo del nivel mínimo aceptable para que el sistema de aceite funcione correctamente. Es correcto observar que el aceite regresará al cárter del compresor a través del curso natural del circuito, mas durante el período en que el cárter esté por debajo del nivel de aceite necesario, las partes mecánicas trabajaran con una lubricación debajo de lo ideal, esto es amenazando su vida útil. Cuando se logra sobrevivir ese primer ciclo con falta de aceite las partes quedarán dañadas por efecto de los próximos ciclos, hasta que las condiciones sean solucionadas o hasta que los daños sean suficientes para dañar completamente al compresor.

Resistencias del cárter
Es prudente utilizar una resistencia del cárter en sistemas que necesitan una cantidad de fluido superior a la máxima recomendada por el fabricante del compresor. Cuando la temperatura de aceite que está dentro del compresor se mantiene en torno a 8°c por encima de la temperatura del resto del sistema, la cantidad de fluido refrigerante presente en el cárter del compresor puede quedar dentro de una cantidad aceptable. Para que el calor proveniente de la resistencia del cárter sea efectivo es necesario un tiempo mínimo de funcionamiento. Por lo tanto antes de iniciar se deben seguir las instrucciones de potencia y tiempo mínimo de funcionamiento de resistencia conforme a lo informado por el fabricante del compresor.

Pump-down
Otra técnica de prevención contra los problemas causados por el movimiento de fluido refrigerante durante un período de paro del sistema es usar la técnica llamada Puma-down, que se basa en aislar fluido refrigerante del compresor durante los períodos de parada del sistema. Eso se consigue con la instalación de una válvula solenoide en la línea de líquido antes de la válvula de expansión. Un termostato debe ser usado para abrir la válvula solenoide cuando la refrigeración es necesaria. Cuando el termostato alcanza el valor seteado, la válvula se cierra cortando el paso de fluido refrigerante al evaporador y la presión de succión cae rápidamente hasta que el presostato instalado en la línea de succión apaga el compresor. Con esa técnica la carga de fluido refrigerante queda aislada del del cárter del compresor, durante el período de paro, por el bloqueo hecho por la válvula solenoide y por la válvula de descarga del compresor. La técnica de pump-down garantiza que el compresor quede aislado de la carga de fluido, por esto es prudente mantener el sistema energizado, ya que en caso de existir algún derrame el presostato accionará nuevamente el compresor hasta que la succión lo vacíe nuevamente. El pump-down puede ser usado siempre que se tenga un sistema en el cual el evaporador utilice deshielo eléctrico y cuando la carga de fluido refrigerante sea tanta que sobrepase la capacidad del cárter de proteger al compresor de la transferencia de refrigerante durante el paro del ciclo.

Transferencia de Fluido Refrigerante por diferencia de temperatura
Así como ocurre la transferencia de refrigerante por absorción del aceite del sistema,
la transferencia también puede ocurrir como resultado de la diferencia de temperaturas en diferentes secciones del sistema. Estas diferencias, y las transferencias que resultan de ellas, son debido al efecto de la pipa de calor. Las pipas de calor son sistemas de transferencia de calor, sin compresores que operan de acuerdo a los principios de la transferencia de fluidos por medio de la diferencia en la presión causada por la condensación y flujo, debido a la gravedad. Todos los sistemas de refrigeración se comportan como ductos de calor, cuando se encuentran apagados.

Por ejemplo, imagine dos tubos sellados: uno ha sido evacuado, y el otro ha sido llenado con una pequeña cantidad de líquido de agua o refrigerante, lo restante sería llenado con vapor líquido (vapor en el caso del agua). Cuando los fondos de ambos tubos son sumergidos en un recipiente de agua caliente, el tubo que contiene liquido y vapor rápidamente estará caliente, en cambio el tubo sellado que no tiene liquido dentro de el, le tomara mucho mas tiempo para calentarse. El refrigerante liquido en el extremo inferior del tubo lleno se vaporiza, y se condensa en la parte superior fría, ayudando a la transferencia de calor que esta tomando lugar a través de las paredes de ambos tubos por medio de conducción. En el tubo lleno con refrigerante, la gravedad tiene efecto cuando el refrigerante condensado fluye hacia el fondo del tubo. El ciclo de vaporización-condensación en una pipa de calor se repetirá cuando se presente una diferencia en temperatura.

Retorno de Líquido Refrigerante de Descarga
En un sistema de refrigeración parado, la entrega de refrigerante por gravedad hacia un compresor es llamado, retorno de liquido refrigerante de descarga.

El retorno de líquido refrigerante de descarga ocurrirá cuando se cumplan tres condiciones:

  1. Que el condensador sea más alto que el compresor
  2. Que el condensador este a una temperatura mas baja que el resto del sistema
  3. Que no exista un dispositivo contra el retorno de fluido, como si fuera una válvula de retención


Cuando el fluido refrigerante retorna hacia el compresor y actúa como un solvente, esto puede atentar contra la vida del compresor ya que al limpiar el lubricante de las superficies, deja algunas piezas sin lubricar y esto es un riesgo al momento de que el compresor comienza a operar.

Otro riesgo del retorno de líquido es el aumento sustancial en la descarga de presión al momento de descargar el líquido acumulado en el compresor, este es despejado durante el encendido del compresor.

Para evitar el retorno del liquido cuando un condensador esta sobre una conexión de descarga de un compresor, se debe de conectar la tubería del sistema de descarga al elemento más alto del condensador para asegurarse que el liquido quedará en el condensador, cuando el compresor no esta en funcionamiento, por lo tanto el liquido no podrá retornar al compresor. Una válvula de retención externa también puede ser instalada.

Retorno de líquido y acumuladores de succión
Retorno de líquido, es una cantidad de líquido que entra en el compresor por la succión durante el momento de arranque o durante la operación, que es suficiente para superar la capacidad del compresor de separar el líquido del vapor antes que el exceso de líquido alcance el mecanismo del compresor.

Si durante el período de paro, una cantidad de líquido puede causar un golpe en el compresor, este se puede acumular en algún punto entre el evaporador y el compresor, es necesario un componente llamado “Acumulador de succión” el cual sirve para prevenir daños al compresor por golpes de líquido. Evidencias de que ocurre un golpe de líquido son vibración en exceso y ruido anormal, así como un volumen grande de espuma puede ser visto en el visor del compresor. Al final el retorno de líquido causará el daño del compresor.

Un acumulador de succión es un equipo capaz de separar el líquido del vapor y mantener el flujo de líquido que va para el compresor dentro de un patrón tolerable.

Estar apto a reconocer los síntomas de los movimientos de fluido durante un período de paro de sistema es una parte importante de conocimiento de cualquier técnico de refrigeración. Diagnosticando correctamente cual es el tipo de movimiento que está ocurriendo durante el período de paro del sistema, es posible saber cuales son las acciones correctivas necesarias para proteger el compresor.

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