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Frío & CalorAño 22 · Nº 117 · Noviembre 2012Revista Frío y Calor Órgano Oficial de la Cámara Chilena de Refrigeracion y Climatización A.G. yDITAR Chile.

Sistemas de Aire Acondicionado para Pabellones Quirúrgicos 4-7

Secuencia de Mantención Aire Acondicionado Uso comercial 8-11

Temperaturas de Confort 12-13

Seguridad en el Trabajo: Accidentes y Averías en Calderasy Recipientes a Presión 14-23

Dióxido de Carbono (CO2) en Refrigeración Industrial 24-36

Representante LegalHeinrich - Paul Stauffer

GerentaXandra Melo H.

Comité EditorialFrancisco AvendañoJulio GormazXandra MeloKlaus Grote

ColaboradoresTomás CanéFrancisco MirallesJoaquín Reyes

DirecciónAv. Bustamante 16 · Of. 2-CProvidencia, Santiago-ChileFonos: (56-2) 204 8805 · (56-2) 341 4906Fax: (56-2) 204 7517E-mail: refriyclima@frioycalor.clWeb: www.frioycalor.cl

Diseño y ProducciónDATONLINE E.I.R.L.Fono/Fax: (56-2) 274 37 82 E-mail: datonline.rs@gmail.com

Las opiniones vertidas en los artículos son de exclusiva responsabilidad de sus autores y no representan necesariamente el pensamiento de la Revista Frío y Calor. La publicidad es responsabilidad de los avisadores.

Editoriales

Cámara Chilena deRefrigeración y Climatización A.G.

International Associate División Técnica de Aire Acondicionado

y Refrigeración de Chile

directorios Cámara Chilena de Refrigeracióny Climatización A.G.

Presidente : Heinrich-Paul Stauffer, de Instaplan S.A.

Vicepresidente : Jorge Sandrock H., de Rojas, Sandrock y Cía. Ltda.

Tesorero : José Antonio San Miguel E.,

de Danfoss Industrias Ltda.

Secretario : Alejandro Requesens P.,

de Business to Business Ltda.

Director : Julio Gormaz V., de Gormaz y Zenteno Ltda.

Director : Peter Yufer S., de Rojo y Azul Ing. y Proyectos Ltda.

Director : Francisco Córdova J., de Climacor Ltda.

Director : Alejandro Reyes E., de MC Cormick Chile Ltda.

Past President : Klaus Peter Schmid S.,

de Inra Refrigeración Industrial Ltda.

Ditar - Chile

Presidente : Eduardo Mora E.

Vicepresidente : Klaus Peter Schmid S.

Secretario : Francisco Avendaño R.

Tesorero : Jorge Sandrock H.

Directores : Julio Gormaz V.

Peter Yufer S.

Francisco Dinamarca B.

Francisco Miralles S.

Klaus Grote H.

Eduardo Muñoz N.

Manuel Silva L.

Estimados Asociados:

El próximo miércoles 21 de Noviembre, será el día en que nuestra organiza-ción, Ditar Chile, inicie la fase final para convertirse en Asociación Gremial, realizando una Asamblea Constitutiva con el objetivo de cumplir la legisla-ción vigente y así obtener su Personalidad Jurídica.

Ditar ha recorrido un largo camino de 19 años, en los cuales como División Técnica y con la dirección de reconocidos profesionales que han jugado un rol activo y con una visión de futuro, han logrado que obtengamos un reconocimiento tanto a nivel nacional como internacional.

La realidad actual que nos toca vivir, nos ha hecho dar una mirada introspectiva, bajo la cual he-mos trabajado tenazmente en los últimos meses llevando a cabo un ordenamiento de nuestra asociación en diversos ámbitos: financiero, social, estatutario y legal, pero aún queda mucho más por hacer, para enfrentar fortalecidos y con crecimiento adaptativo el cambiante entorno social-cultural y económico-tecnológico que se nos presenta en el futuro inmediato.

Nuestra nueva figura legal nos permitirá poseer nuestros propios Estatutos y Código de Ética y realizar capacitaciones en cualquier ámbito de la especialidad inicialmente enfocado al próximo requerimiento legal de certificación a nivel nacional de técnicos en el área de la refrigeración y aire acondicionado.

Es de vital importancia la participación de ustedes, primero, asistiendo a la Asamblea Constitutiva, con lo cual quedarán registrados como asociados.

Posterior a eso, es muy importante que jueguen un rol activo en la Asociación, creando instancias para dar inicio a esta nueva etapa y así proyectar Ditar Chile A.G. hacia el futuro.

Eduardo Mora EstradaPresidente DITAR Chile.

Estimados Socios y Lectores:

Puntualmente se han entregado los documentos de la Convocatoria a ChileValora para la primera acreditación de Centros de “Evaluación y Cer-tificación”.

A pocos días de la fecha de entrega, recibimos algunas consultas para aclarar y complementar documentos, lo que muestra que se está traba-jando con interés y rapidez para la acreditación de centros. Esperamos tener una respuesta positiva en pocos días más. Informaremos inmedia-tamente a los socios.

ASHRAE realizará su tradicional AHR EXPO en Dallas, USA (Exposición de Aire Acondicionado y Re-frigeración de invierno), los días 28 al 30 de Enero 2013. Dentro de la presente revista hay un aviso, invitando a juntarse al grupo de socios e interesados que visitarán dicha exposición. De acuerdo a la cantidad de inscritos, se podrán obtener interesantes descuentos. Mínimo un director de la Cámara asistirá a la reunión del FAIAR, que tradicionalmente se celebra en el lugar y durante la feria. La empresa organizadora de la próxima EXPO FRÍO CALOR CHILE 2014, ARMA PRODUCTORA estará presente durante los 3 días que dura esta exposición, para hacer publicidad y animar a empresas de EEUU para que expongan en nuestra Feria en el 2014.

INACAP, a través de ChileValora, nos informó que los 5 evaluadores enviados en nombre de la Cá-mara y del Ministerio del Medio Ambiente para el futuro Centro Evaluador-Certificador aprobaron el curso.

El próximo CIAR, organizado por FAIAR, se realizará del 22 al 24 de Julio 2013 en Cartagena - Colombia. Ya han confirmado la asistencia varios Directores, algunos dictarán charlas técnicas. Invitamos a que se unan más socios al grupo y que postulen con presentaciones técnicas neutras.

Espero que muchos socios se inscriban para participar en la cena de fin de año, no solamente para disfrutar una excelente cena, sino también para aplaudir a los socios que saldrán premiados.

Heinrich StaufferPresidente de la Cámara

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Artículo proporcionado por Carlos E. Bonifetti, Ingeniero C. Mecánico U. de C.cbonifetti@tie.cl

Sistemas de Aire Acondicionado para pabellones Quirúrgicos

INTRODUCCIÓN

Los pabellones quirúrgicos requieren sistemas de aire acondicio-nado con requisitos muy estrictos, en cuanto a su seguridad de ope-ración y confiabilidad en el control de las variables temperatura de bulbo seco, temperatura de bulbo húmedo, pureza del aire y tasa de ventilación o renovación de aire, sobrepresión y nivel de ruido.

El Ministerio de Salud, MINSAL, a través de guías de planificación y diseño menciona a ASHRAE y da recomendaciones, basadas en la experiencia clínica y resultados de la aplicación de ingeniería nacional. Para el caso de quirófanos, coincide en algunos puntos con los estándares ASHRAE pero las guías en circulación y uso están obsoletas.

Básicamente, ASHRAE destaca que el diseño de “salas limpias” y quirófanos va mucho más allá del solo control de temperatura y humedad. Apunta además a otros factores que influyen sobre la bioseguridad como el control de partículas, bacterias, descargas electroestáticas, contaminación gaseosa, control del flujo de aire, presurización, control de ruido y vibraciones, aspectos de inge-niería ambiental y disposición de equipos (lay out) en los recintos. El objetivo de un buen diseño de una sala limpia es controlar es-tas variables, mientras se mantiene un razonable costo de insta-lación y operación.

Existen fabricantes de equipos de aire acondicionado especiales para quirófanos que poseen todos los elementos y partes reque-ridos incorporados para el control de las variables mencionadas en módulos ensamblables. Estos equipos son conocidos en Chile y su costo alto lleva a la tendencia de uso de unidades de trata-miento de aire (UTA) convencionales, adaptadas para pabellones. En este trabajo se presenta una reseña de las necesidades y re-quisitos de un quirófano típico, en lo que a aire acondicionado se refiere, y la importancia de diseñar correctamente los sistemas con el apoyo de la última versión del estándar ASHRAE para el acondicionamiento de salas de establecimientos hospitalarios.

CONSIDERACIONES GENERALES

Centraremos el análisis, principalmente en lo que se refiere a la tasa de ventilación, ya que hay cierta confusión al momento de determinar y decidir qué caudal de aire exterior vamos a usar. Muchas personas, continúan utilizando el criterio de que los pa-bellones deben acondicionarse “con 100% de aire exterior a una tasa de 12-20 R/h”. Al parecer, esto proviene de indicaciones de las mencionadas guías del Ministerio de Salud que así lo indica. Probablemente esa enorme cantidad de aire exterior - que hace

prácticamente imposible controlar adecuadamente la tempera-tura de bulbo seco y la humedad relativa dentro de los rangos recomendados - se requería en los años 70’ cuando se utilizaban otros elementos químicos y gases anestésicos y que además po-seían riesgos de explosión ante una baja humedad por efecto de la estática. Esta situación obligaba a diluir fuertemente las ema-naciones gaseosas con aire fresco.

Es por esta razón que actualmente los sistemas de climatización son especiales y difieren bastante de las aplicaciones típicamente diseñadas en los años 70´ en donde se utilizaban otros elementos químicos como gases anestésicos y que además poseían riesgos de explosión ante baja humedad por efecto de la estática.

Hoy en día, las técnicas y prácticas han cambiado, los esquemas y técnicas de anestesia son otros que no requieren tanto aire de ventilación. Por otra parte, cabe recordar que las alturas cielo piso de los antiguos hospitales eran bastante mayores que en los actuales, lo que facilitaba la ventilación, ya que el mayor volumen de la sala permitía mayores márgenes de variación en el caudal de aire de ventilación sin que este hecho resultara demasiado re-levante.

CRITERIOS DE DISEÑO

Las guías de planificación y diseño del MINSAL, recoge recomen-daciones de ASHRAE para quirófanos e indican:

• Temperatura ambiental: 22 – 24 [°C]

• Humedad Relativa del aire: 50 – 60 [%]

• Ventilación: 100% aire exterior

• Renovaciones / hora: 12 - 20 [R/h]

• Limpieza del aire: 99,95 -99,97% Ef. DOP

• Nivel de ruido: 40 - 45 dB(A)

• Presión de aire interior: Positiva

Los criterios de diseño para los sistemas de aire acondicionado de quirófanos tipo B y C, de acuerdo con las últimas versiones de estándares ASHRAE 2011, son los siguientes:

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• Temperatura de bulbo seco: 20 – 24 [°C]

• Humedad relativa: 30 – 60 [%]

• Cambios totales/ hora, mín.: 15 - 20 [C/h]

• Renovaciones/hora (ventilación), mín 4 [R/h]

• Nivel de presión sonora, máx. 40 dB(A)

• Presión: Positiva

Se observa que los estándares ASHRAE actualmente vigentes han bajado las tasas de aire exterior, a valores de 4 [R/h] como míni-mo y, por tanto, deben usarse para diseño, en reemplazo de las recomendaciones obsoletas del MINSAL. Haciendo un ejercicio, podemos plantear el siguiente ejemplo de cálculo de aire exterior para un quirófano,

- Superficie de piso: 8 * 6 = 48 [m2]

- Altura cielo-piso: 4 [m]

- Volumen: 48 * 4 = 192 [m3] - Aire exterior, mín., QAE = 192 * 4 = 768 [m3/h]

Si consideramos un número de ocho personas en el quirófano, podemos comprobar la tasa de ventilación, calculando el caudal de aire por persona:

- Caudal de aire por persona Qi = 768 / 8 = 97,5 [m3/h-persona] que podemos considerar como adecuada.

Veamos que pasa ahora, aplicando el criterio tanta veces erró-neamente exigido y que al usarse para diseñar, en la práctica no permite disponer de aire acondicionado en los pabellones,

- Aire exterior, QAE = 48 * 4 * 20 = 3.840 [m3/h] , es decir, cinco (5) veces el mínimo recomendado por el están-dar ASHRAE 2011.

Por tanto, podemos concluir que debemos usar los últimos están-dares vigentes ASHRAE 2011 para determinar el caudal de aire exterior.

Otros factores a considerar en el diseño son: diseño, selección y ubicación de los dispositivos de impulsión y retorno de aire para controlar los escurrimientos dentro de la sala y no provocar mo-lestias a las personas; tren de filtrado especial para la mezcla de aire de retorno / aire exterior; sistema de control automático con programación de valores de temperatura de bulbo seco y hume-dad relativa.

FILTRADO DEL AIRE

Un aspecto importantísimo es seleccionar un tren de filtrado es-pecial para el aire total de impulsión de modo de remover partí-culas y microorganismos (bacterias), olores y sustancias quími-cas peligrosas, según los estándares correspondientes.

Las etapas de filtrado a considerar son:

a) Filtros primarios: Filtros de medio metálico, lavables.

b) Filtros secundarios: Filtros de medio filtrante a base de celulosa o material sintético, desechables tipo bolsas.

c) Filtros terciarios: Filtros absolutos (HEPA), 99,97 % Ef. DOP.

La selección de filtros de acuerdo a recomendaciones de ASHRAE es la siguiente, con tres etapas de filtrado:

• Aspiración en la UTA: Pre- filtro MERV 6• Segunda etapa: Filtros MERV 8• Tercera etapa: Filtros MERV 17 (HEPA 99,97% Ef. DOP, reten-

ción de partículas de 0,3 μm y mayores).

La selección de filtros de acuerdo a recomendaciones de UNE es la siguiente, con tres etapas de filtrado:

• Primera etapa: Filtro F- 5, UNE-EN779• Segunda etapa: Filtros F- 9, UNE- EN779• Tercera etapa: Filtros H 13, UNE-EN1822-1

Debe tenerse especial consideración con el cálculos del área frontal total de filtros o la velocidad frontal de paso del aire por los filtros, de modo tal que sea suficientemente generosa y la ve-locidad suficientemente baja para que el período entre limpieza o cambio de filtros sea lo más largo posible, dentro de las posi-bilidades de espacio disponible para los gabinetes porta-filtros. Por otra parte, debemos cuidar que la pérdida de carga total del equipo, filtros incluidos sea lo más baja posible para los efectos del consumo mínimo de energía en los motores de los ventilado-res y la máxima eficiencia energética de todo el sistema.

Como dispositivos de impulsión de aire en los pabellones se re-comienda no usar difusores de cielo de 4 vías, pues son de difí-cil limpieza y constituyen puntos de acumulación de partículas y gérmenes. En lugar de ello deben usarse terminales de impulsión con dos filtros absolutos (HEPA) con eficiencia de 99,97 % DOP Test (EU12). Dichos terminales serán cajas de difusión de alumi-nio de fabricantes especializados, para instalación bajo el cielo o fabricadas con materiales adecuados y terminaciones lisas de montaje perfectamente sellado contra el cielo falso. El apoyo del filtro a través del burlete de sello debe ser perfecto para evitar by-pass de aire sin filtrar por efectos de un mal sello.

El reemplazo de luminarias y filtros absolutos, según aviso del manómetro diferencial, se realizará desde dentro del pabellón, sin abrir el cielo falso. Estos terminales tienen las siguientes; ventajas:

•Producen una buena distribución de aire dentro del pabellón sin efectos molestos.

•La baja velocidad frontal resultante por diseño, aumenta la vida útil de los filtros HEPA.

•Evita diseñar gabinetes porta-filtros de grandes dimensiones para alojar los filtros HEPA, requeridos según la velocidad fron-tal de diseño, para aplicar a la unidad de aire de tratamiento de aire (UTA).

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•Se asegura el ingreso de aire puro al pabellón.

Esta última ventaja es muy destacable, pues cuando los filtros ab-solutos están alojados a distancia en un gabinete, el conducto de impulsión de aire entre el gabinete y los difusores de cielo queda expuesto a contaminación y proliferación de gérmenes los que pueden introducirse al pabellón vía el aire de impulsión.

Los filtros HEPA deben cumplir clasificación UL St. 900, ser pro-bados según norma ASHRAE St. 52.2 y certificados uno a uno por organismos de certificación acreditados internacionalmente y en Chile.

IMPULSIÓN, RETORNO Y EXTRACCIÓN

La calidad de un sistema de aire acondicionado, dando por des-contado que todos los cálculos para contrarrestar las cargas tér-micas internas y externas y de caudales de aire, están hechos correctamente, “es tan buena como lo es la forma de mover el aire dentro de los recintos”. Bajo esta premisa, la ubicación de los terminales de impulsión y de las rejillas de retorno, resulta estratégica.

Las primeras deben ubicarse en el cielo, ambos costados de la mesa de operaciones. Se requiere un mínimo de dos terminales con dos filtros HEPA de 24”*24”*6” cada uno. Las rejillas de retor-no se ubican en las esquinas del pabellón (dos, tres o las cuatro esquinas, según lo permita la coordinación con el proyecto de ar-quitectura), en shaft de sección típicamente triangular para evitar rincones a 90° difíciles de asear. Deben ir dos rejillas: una inferior, cerca del suelo para retornar posibles componentes de gases más densos que el aire y otra superior, cercana al cielo.

Las velocidades frontales deben ser bajas para evitar la genera-ción de ruido al pasar el aire entre las barras fijas de las rejillas; se recomienda una velocidad de diseño de 2 m/s o menor.

UNIDAD DE TRATAMIENTO DE AIRE (UTA)

La UTA, puede ser del tipo expansión directa, tipo bomba de calor reversible o con serpentines de agua fría y de agua caliente. Debe poseer, en lo posible dos ventiladores centrífugos: uno de retor-no y el otro de impulsión. De este modo se asegura el adecuado caudal de retorno y el caudal de expulsión (aire de extracción) y la regulación para obtener presión positiva en el pabellón. La proporción de aire exterior y aire de retorno se regula mediante los templadores motorizados y sincronizados, ubicados en la caja de mezcla.

Es importante que el sistema de control permita la regulación pre-cisa de la temperatura de bulbo seco y de la humedad relativa y la proporción de mezcla, asegurando que se cumpla siempre con el mínimo aire exterior recomendado por el estándar ASHRAE.Es recomendable instalar un interruptor de presión diferencial en el tren de filtrado, que bloquee la operación del equipo de aire acondicionado y active una alarma sonora o visual en el panel de control, en el caso de que la presión diferencial sobrepase un valor límite indicativo de que los filtros están cercanos a su col-matación.

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Secuencia de Mantención Aire Acondicionado Uso Comercial

Artículo proporcionado por Manuel Sepúlveda AdriasolaServicios de calor y frío SERCAFRI E.I.R.L.

Gerente@sercafri.cl - www.sercafri.cl

Una visión de la Práctica en Provincia.(Uso comercial 10 horas al día, 5 días por semana)

Observación: Se debe cuidar en todo momento la seguridad per-sonal, uso de arnés y cuerda de vida cuando se realice cualquier trabajo sobre 2 metros de altura medido desde la base del calza-do de seguridad al suelo, evitando riesgo de accidente y multa, además preservar la limpieza de las oficinas evitando dañar mue-bles, muros y elementos.

MANTENCIÓN MENSUAL, BIMESTRAL O TRIMESTRAL AIRE ACONDICIONADO DE VENTANA

• Lectura y registro del consumo eléctrico del compresor, si el compresor no arranca normalmente medir el valor de capaci-tancia del condensador de fase.

• Lectura y registro del consumo eléctrico de motor ventilador.

• Lectura y registro de temperatura de inyección de aire. Los rangos de temperatura admisible en ciclo frío es de 0ºC a 16ºC; en ciclo calor son de 35ºC a 46ºC. Si un equipo no es capaz de entregar temperatura dentro de esos parámetros puede estar sucio el serpentín, puede estar con falta de refri-gerante o el compresor perdió eficiencia.

• Lavado de filtro de aire, Hidrolavado, si es necesario, de ser-pentines del condensador, evaporador y lavado general del equipo.

• Lubricación semestral del motor ventilador para lo cual es ne-cesario abrir el motor.

• Reapriete de contactos eléctricos y llave selectora.

• Limpieza de la máscara de unidad de presentación.

• Limpieza de bandeja y desagüe de agua de condensado.

• Verificación y eliminación de ruidos y chirridos molestos con el equipo en funcionamiento.

MANTENCIÓN MENSUAL, BIMESTRAL O TRIMESTRAL AIRE ACONDICIONADO SPLIT MURO, PISO-CIELO, MOCHILA O CAS-SETS.

• Lectura y registro de la presión de succión del compresor con

R-22 58 PSI en el manómetro, con R 410 105 PSI en el manó-metros, + -5 PSI de variación admisible en verano con 25°C de temperatura ambiente, la presión de alta solo se mide cuan-do existan dudas del correcto funcionamiento del equipo, ve-rificar y eliminar filtraciones de refrigerante.

Lectura y registro del consumo eléctrico del compresor, si el compresor monofásico no arranca normalmente, medir el va-lor de capacitancia del condensador de fase.

• Lectura y registro del consumo eléctrico de los motores del condensador y del evaporador, si el motor es monofásico y presenta dificultades para arrancar o tomar velocidad, verifi-car la capacitancia y el estado del condensador de arranque, verificar el estado y lubricación los bujes o rodamientos.

• Verificar cuando exista correa “V” su estado alineación, ten-sión y fijación de las poleas motriz y motora.

Observación: Una correa “V” muy estirada fatalmente com-prometerá la vida útil de los rodamientos del motor y de la polea, una correa suelta no transmitirá las R.P.M. del motor al ventilador provocando el congelamiento del serpentín del evaporador por falta de caudal de aire.

• Lectura y registro de temperatura de inyección de aire. Los rangos de temperatura admisible en ciclo frío son de 0ºC a 16ºC; en ciclo calor son de 35ºC a 46ºC.

• Lavado de filtro de aire, hidrolavado, si es necesario, de ser-pentines del condensador y del evaporador y limpieza general de la unidad exterior.

• Lubricación semestral de los bujes de los motores del con-densador y del evaporador para lo cual es necesario abrir el motor.

• Verificación del funcionamiento y lubricación de las piezas móviles del micro motor que acciona las aletas direccionales de salida del aire del evaporador.

• Reapriete de contactos eléctricos en el equipo y en el tablero.

• Limpieza exterior de la unidad evaporadora especialmente las salidas del aire.

• Limpieza de bandeja de desagüe de agua de condensado, limpieza del filtro y verificación de funcionamiento de micro bomba de desagüe cuando exista.

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• Verificación y eliminación de ruidos y chirridos molestos con el equipo en funcionamiento.

MANTENCIÓN MENSUAL, BIMESTRAL O TRIMESTRAL AIRE ACONDICIONADO SPLIT DE DUCTOS, ROOF TOP Y CENTRAL COMPACTA.

• Lectura y registro de la presión de succión del compresor con R-22 58 PSI en el manómetro, con R 410 105 PSI en el manó-metros, + -5 PSI de variación admisible en verano con 25°C de temperatura ambiente; la presión de alta solo se mide cuando existan dudas del correcto funcionamiento del equipo, verifi-car y eliminar filtraciones de refrigerante.

• Lectura y registro del consumo eléctrico del compresor, si el compresor monofásico no arranca normalmente, medir el va-lor de capacitancia del condensador de fase.

• Lectura y registro del consumo eléctrico de los motores del condensador y del evaporador, si el motor es monofásico y presenta dificultades para arrancar o tomar velocidad, verifi-car la capacitancia y el estado del condensador de arranque, verificar el estado y lubricación de los bujes o rodamientos.

• Verificar cuando exista correa “V” su estado alineación, ten-sión y fijación de las poleas motriz y motora.

Observación: Una correa “V” muy estirada fatalmente com-prometerá la vida útil de los rodamientos del motor y de la polea, una correa suelta no transmitirá las R.P.M. del motor al ventilador provocando el congelamiento del serpentín del evaporador por falta de caudal de aire.

• Lectura y registro de temperatura de inyección de aire. Los rangos de temperatura admisible en ciclo frío son de 0ºC a 16ºC; en ciclo calor son de 35ºC a 46ºC.

• Lavado de filtro de aire, hidrolavado, si es necesario, de ser-pentines del condensador y del evaporador y limpieza general de la unidad exterior.

• Lubricación semestral de los bujes de los motores del con-densador y del evaporador para lo cual es necesario abrir el motor.

• Reapriete de contactos eléctricos en el equipo y en el tablero.

• Limpieza de las salidas del aire de las rejillas y difusores.

• Limpieza de bandeja de desagüe de agua de condensado.

• Verificación y eliminación de ruidos y chirridos molestos con el equipo en funcionamiento.

Nociones de Mantención.

Mantención Preventiva Periódica: Por definición, es toda acción realizada en un equipamiento, estructura o sistema que se está controlando, conservando o restaurando; con el objetivo de que este permanezca funcionando y conserve todas las funciones y características de cuando era nuevo.

Mantención Predictiva Programada: Es toda acción realizada en un equipamiento, estructura o sistema que se está conservando destinada a reemplazar partes o conjuntos de elementos que por su desgaste están próximos al fin de su vida útil o renovar lubri-cante de piezas móviles sometidas a alta exigencia.

Mantención Correctiva o Reparación: Es toda acción realizada en un equipamiento estructura o sistema con el objetivo de corregir las fallas o defectos constatados en una revisión con el objeto de restaurar su normal funcionamiento.

Defecto: Es toda alteración física o química del estado de un equi-pamiento que no le impide ejecutar normalmente sus funciones.

Falla: Es toda alteración física o química del estado de un equipa-miento que le impide funcionar correctamente.

Malas Prácticas: En la realización de mantenciones, se denomina malas prácticas a eliminar o puentear dispositivos de seguridad o de control en equipos o sistemas, con el objetivo de dejarlo fun-cionando a toda costa, estas malas prácticas constituyen un grave riesgo para los equipamientos y para los usuarios.

Registro de Parámetros: Es la lectura de consumos eléctricos de motores, presiones de trabajo y temperaturas, así como todas las verificaciones deben quedar registradas en una guía de manten-ción a modo de permitir el seguimiento y la comparación de estos valores, detectando posibles variaciones a través del tiempo.

Parámetros Admisibles: En todas las lecturas existen valores mí-nimos y máximos admisibles o tolerables de consumo, tales como temperatura o presión. Cuando un equipamiento controlado so-brepasa esos valores debe detenerse de inmediato evitando da-ños mayores.

Frecuencia de Mantención: Los periodos de tiempo entre cada mantención, horaria, diaria, semanal, mensual, bimestral, trimes-tral, semestral o anual generalmente son establecidos siguiendo las indicaciones del fabricante y están determinados por la im-portancia de que estos equipos permanezcan funcionando co-rrectamente, por la cantidad de horas diarias de funcionamiento, por la capacidad y potencia de los equipamientos y/o por razones económicas.

Secuencia de Servicios: La sucesión de trabajos que se realizan en los equipamientos controlados tales como lectura y registro de valores, inspecciones, verificaciones, lubricaciones, limpiezas, dependen de las características de los equipamientos.

Observación: Cuando la frecuencia de los Servicios de manten-ción es mensual o bimestral es importante comparar los valores de los consumos eléctricos de los motores. Un consumo eléctrico en aumento acompañado de bujes o rodamientos con tempera-tura elevada y alto ruido estará indicando falta de lubricación en los bujes o en los rodamientos del motor, el cual debe ser abierto, inspeccionado y lubricado sin demora.

Quema de Motor Eléctrico: La falta de lubricación en los bujes o en los rodamientos produce la quema de las bobinas del motor eléctrico. En el caso de los bujes, por falta de aceite estos prime-ro se calentarán excesivamente, posteriormente trabarán el rotor del motor provocando la quema del bobinado. En el caso de un motor con rodamientos la falta de grasa o el fin de la vida útil del rodamiento generará un intenso ruido y recalentamiento de sus partes móviles hasta la destrucción de las pistas de rodaje y tra-

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bamiento del rotor provocando la quema del bobinado.

Motores Eléctricos con bujes: Habitualmente los motores eléc-tricos de los ventiladores de condensadores o de ventiladores de evaporadores de baja potencia o sea de menos de ½ HP se fabri-can con bujes, estos son confeccionados con Bronce Fosfórico o Bronce Grafitado, con el primer material, los bujes tendrán una larga durabilidad y poco desgaste siempre y cuando el pañete del buje tenga almacenado entre sus tejidos suficiente aceite para que se mantengan lubricados y por ende el eje del rotor también.

Los bujes de Bronce Grafitado tienen una vida útil tres veces ma-yor que el primer material, debido a la porosidad de éste, lo que permite que el aceite lubricante penetre a través del buje y lu-brique el eje. Para que esto ocurra es esencial que el pañete este empapado con aceite.

Para llegar a los bujes es absolutamente necesario abrir el motor retirando y marcando las tapas y el cuerpo del motor para rear-marlo exactamente como estaba. Para desmontar las tapas de los motores eléctricos, especialmente si estas son de fierro fundido, se debe utilizar de preferencia un pedazo de bronce hexagonal de unos 10 milímetros de diámetro y macetas de madera o de goma, no deben ser golpeadas con martillos de fierro y atornilladores ya que se corre el riesgo de quebrar o deformar las tapas.

Aceite lubricante para bujes: En el caso de motores de hasta 1/2 HP el aceite más apropiado para la lubricación, por su densidad y características de penetración, es el empleado en la lubricación de las “Máquinas de Coser”, se debe aplicar empapando los te-jidos del pañete de los bujes almacenando en suficiente aceite para aproximadamente dos años de uso normal de pequeños motores de ventiladores o extractores, para lo cual es necesario abrir el motor debido a que estos depósitos están en las tapas del mismo. No recomiendo el uso de lubricantes en espray del tipo W-40, la experiencia práctica nos demuestra que su poder lubricante no es suficiente ni permanente.

Rodamientos en Motores Eléctricos: Los motores eléctricos mo-nofásicos desde ½ HP y todos los motores eléctricos trifásicos desde 1/3 HP hasta 10 HP por una cuestión de precio vienen con rodamientos de bolas, existe una enorme variedad de rodamien-tos, dependiendo de las RPM (rotación por minuto del motor), del ambiente húmedo o con contaminantes donde funcionará el motor, de la temperatura ambiente y de la cantidad de horas continuas de funcionamiento por día del motor. Los mejores ro-damientos y los más caros son del tipo lubricación sólida y no requieren mantención, lo normal es encontrar rodamientos con una duración promedio de 8.000 horas.

El almacenamiento y montaje de un rodamiento es de mucha im-portancia, un rodamiento es una pieza de precisión milimétrica y en el montaje no puede y no debe recibir golpes, no puede estar expuesto a la humedad o al polvo. Al montar el rodamiento en el eje del motor solo se puede empujar desde el anillo interior con pedazo de tubo de fierro del mismo diámetro de este anillo, este tubo no debe tocar las tapas, ni las esferas ni el eje del motor, los rodamientos que están próximos a vencer su vida útil, deben ser retirados con extractor de rodamientos. Los rodamientos nuevos vienen con lubricación permanente de alta duración, no deben ser lavados con parafina para reemplazar su lubricación. Para el cálculo de la duración de un rodamiento se considera las horas diarias de funcionamiento, en oficinas: 8 horas diarias, 2000 ho-ras al año, esto implica que al cuarto año corresponde programar

cambio de rodamientos.

Grasa Lubricante para Rodamientos: Las grasas se utilizan para lubricar todos los tipos de rodamientos, al aplicarla cubriendo las pistas de rodaje, la grasa impide la entrada de polvo o humedad en las partes móviles protegiendo y lubricando.

Dependiendo del uso y las exigencias, cada 8.000 horas de fun-cionamiento por ejemplo, se hace necesario remover toda la gra-sa, pues estará contaminada o habrá perdido sus características lubricantes y debe ser reemplazada por grasa nueva.

Para los motores que vienen con terminales de engrasar, remover primero la grasa endurecida del tubo de salida inferior de modo que al inyectar grasa nueva con grasera manual por el terminal superior, hasta que salga la grasa vencida por la salida inferior. Esta será de un color oscuro debido a su oxidación.

En el caso de motores de baja potencia, estos no poseen termi-nal de engrase, es necesario abrir el motor, lavar los rodamientos con parafina o diesel removiendo con una brocha la grasa vieja y aplicar grasa nueva en cantidad suficiente de modo que cubra las esferas y las pistas de rodaje. Un exceso de grasa genera calor por lo que se debe usar la misma cantidad de grasa que se retiró de cada rodamiento.

Los rodamientos con tapas o protecciones llamados doble “Z” no necesitan lubricación adicional y sus tapas o protecciones no deben ser removidas.

Observación: La grasa debe ser almacenada bien tapada evitan-do que se contamine con polvo o humedad.

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Temperaturas de Confort

Artículo proporcionado por Manuel Sepúlveda AdriasolaServicios de calor y frío SERCAFRI E.I.R.L.

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TEMPERATURAS DE CONFORT

Los proyectos de climatización para el Confort Humano cal-culan una temperatura ambiente, a mantener en VERANO, de 24°C ± 2°C, es decir, es aceptable tener temperaturas entre 22°C y 26°C en el interior del local climatizado.

Así mismo, para la época de INVIERNO dentro de locales públicos, oficinas, tiendas, etc. Los proyectos para Confort Humano se calculan para una temperatura de 18°C ± 1°C, es decir, es aceptable tener temperaturas de 17°C a 19°C.

Manteniendo las áreas con Aire Acondicionado en las tem-peraturas de Confort mencionadas, las personas que tra-bajan en ambientes climatizados, desarrollan sus trabajos con la ropa apropiada y al salir al ambiente exterior aunque queden expuestos a un cambio térmico de más de 15°C. sus organismos no se ven afectados por bruscos cambios de temperatura y no se exponen a las comunes y desagra-dables resfriados.

En invierno por ejemplo y por desconocimiento de lo ante-rior, los encargados o responsables del manejo de los equi-pos de Aire Acondicionado, los operan en temperaturas su-periores a 25°C, siendo así los usuarios trabajan en mangas de camisa al salir a áreas sin climatización o directamente al exterior, se exponen a choques térmicos de más de 15°C, con las consecuencias de resfríos o enfriamientos, si la tem-peratura de las oficinas se mantuviera en 18°C los usuarios trabajarían con suéter o chalecos, quedando así más prote-gidos a los bruscos cambios de temperatura.

Estudios comparativos y estadísticas efectuadas en USA y Japón revelan que el ausentismo laboral por enfermedades de invierno, producidas por cambios bruscos de tempe-ratura con diferenciales superiores a los 15º C sin la ropa apropiada es un 60% mayor que los producidos en am-bientes acondicionados con menos de 15º C de diferencia entre temperatura ambiente interior y la temperatura del ambiente exterior.

Otro factor muy importante es la situación que se produce en los ambientes sobre-temperados o sea en invierno y con 25°C, en este caso las personas que vienen del exterior con la ropa adecuada para soportar el frío sufren al ingresar a estos ambientes y permanecer un determinado tiempo, en la fila de un banco por ejemplo, comienzan a sentir los efectos de la alta temperatura ambiental interior e indu-dablemente a transpirar. Al salir nuevamente al exterior, por el brusco cambio de temperatura y, dependiendo de su condición física, edad, alimentación y otros factores, la-mentablemente entrarán a engrosar las estadísticas de los que sufren resfríos o gripes por culpa del mal manejo de las temperaturas de calefacción.

Debe tenerse presente además que, en términos económi-cos, hay una gran diferencia en la cantidad de la energía eléctrica necesaria para climatizar a 18°C que a 25°C de temperatura , los equipos de Aire Acondicionado consume aproximadamente un 5% más de energía eléctrica por cada grado de temperatura que se desee subir o bajar.

Como ya dijimos para el VERANO, los proyectos de clima-tización para Confort Humano se calculan para mantener una temperatura interior de 24°C ± 2°C, es decir, es acepta-ble tener temperaturas que varían entre 22°Cy 26°C.

De esta manera, las personas que trabajan en ambientes climatizados lo harán con la ropa adecuada en forma con-fortable y aquellas que ingresen desde el exterior no sufri-rán un cambio brusco de temperatura, si al exterior hay del orden de 32°C.

En verano por ejemplo, por desconocimiento de los que operan directamente los termostatos de control o de las personas responsables de establecer la temperatura am-biente de oficinas y bancos, ajustan los equipos de aire acondicionado para temperaturas iguales o inferiores a los 20º C. el usuario viene del exterior transpirando a altas temperaturas, considerando que si a la sombra hay 32°C al sol la temperatura será de 12°C más elevada, o sea 44°C

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en esas condiciones al ingresar a espacios regulados, estas personas sufren un choque térmico causante de los resfríos de verano.

En verano los equipos de aire acondicionado están dise-ñados para mantener 24°C de temperatura en el ambien-te a climatizar; cada vez que ajustan los termostatos para temperaturas inferiores, las unidades interiores tienden a congelarse formando escarcha en sus aletas de aluminio, llegando a bloquearse completamente de hielo, al descon-gelarse este, el agua formada rebalsa la bandeja de desagüe, esto se traduce en agua que cae al interior de las oficinas, manchando el cielo americano y dañando computadoras, impresoras y otros elementos de las oficinas, además exis-te un alto riesgo de daños serios a los compresores de los equipos de Aire Acondicionado. Si a los mismos les llega refrigerante en estado líquido, ya que al estar bloqueado de hielo el serpentín de la unidad interior y no circular aire a través del serpentín el refrigerante no cambia de estado llegando líquido al compresor, esta es la reparación de más alto costo en un equipo de aire acondicionado.

En invierno si los equipos que se dispone para la climatiza-ción son del tipo "bomba de calor", mientras más alta sea la temperatura ajustada en el termostato de control, se es-tará aumentando la probabilidad que la unidad exterior se congele en los días y que la temperatura exterior esté próxi-ma de 0°C, cuando se congela la unidad exterior, el equipo hará automáticamente cambios de ciclo para descongelar-se, enviando cada vez aire frío hacia el interior. Si la tem-peratura ajustada en el termostato es del orden de los 18º C, será difícil que la unidad exterior se congele, evitando los problemas antes mencionados, se economizará energía eléctrica y se evitarán los cambios bruscos de temperatura con las consecuencias ya señaladas.

Los Equipos de Aire Acondicionado de Precisión son los úni-cos equipos capaces de entregar en verano temperaturas iguales o menores a 20°C, fueron proyectados con mayor caudal de aire y mayor separación de aletas en el serpentín del evaporador, se utilizan generalmente para mantener la temperatura de los tableros y paneles de computación de Salas de Comunicaciones y de Telefonía, no para Confort Humano.

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Seguridad en el Trabajo: Accidentes y Averías en Calderas

y Recipientes a PresiónArtículo desarrollado por D. Javier Garcia - Atence

Proporcionado por Klaus Grote.

Nota del Comité Editorial: Ante la actualidad noticiosa respecto a accidentes en calderas, incluimos en este número este material técnico.

INTRODUCCIÓN

Los incidentes tanto por accidente como por avería que se produ-cen en las instalaciones sometidas a presión, son de importancia vital en la marcha de las instalaciones fabriles, no sólo por las posibles y desgraciadas pérdidas de vidas humanas, sino porque las centrales térmicas y líneas de presión son el auténtico corazón generador y transportador de la energía que se requiere en la mayor parte de los casos para el proceso productivo.

Vamos a analizar de forma global y en base a la experiencia re-cogida en varios países europeos a través de sus organismos de inspección de aparatos a presión, cuáles son las causas más co-rrientes de los accidentes y averías detectados.

Clasifiquemos en cuatro grandes grupos el conjunto de los reci-pientes sometidos a presión que encontramos normalmente en las factorías.

A. Calderas de vapor de agua.

De tubos de agua o acuotubulares. De hogar interior o fumitubulares.

B. Calderas de agua sobrecalentada.

C. Recipientes a presión.

De vapor de agua. De aire. De gas.

D. Instalaciones de fluido orgánico.

TIPOS Y LOCALIZACIÓN DE AVERÍAS

Pasamos a analizar en cada uno de los grupos cuáles han sido por estadística de siniestralidad las causas más corrientes de inci-dente con avería y/o accidente.

GRUPO A.- CALDERAS DE VAPOR DE AGUA

DE TUBOS DE AGUA La incidencia mayor se ha producido en:

-Tubos, mediante corrosión y erosión con disminución de espesor por debajo de los límites tolerables por cálculo o por plasticidad con la correspondiente pérdida de características mecánicas.

-Domos y colectores, como consecuencia de fisuras aparecidas en las uniones con los tubos injertados en los mismos.

-Dispositivos de seguridad defectuosos, las válvulas de seguri-dad, presostatos, termostatos, indicadores de nivel, seguridades por falta de llama o de tensión eléctrica que pueden no estar en correctas condiciones de funcionamiento y por consiguiente no actuar en el momento preciso.

-Regulación defectuosa de la llama llegando a producir calenta-mientos locales en zonas metálicas con debilitamiento de sus ca-racterísticas metalúrgicas. (Fig. 1).

DE HOGAR INTERIOR

Las incidencias han aparecido en:

-Tubos, por corrosión y erosión similarmente al caso de las acuo-tubulares.

-Placas tubulares, como consecuencia de las fisuras que apare-

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cen en las soldaduras de penetración de tubos en las placas tu-bulares.

-Problemas inherentes al diseño como defectos de circulación, embridamiento excesivo por virotillos y stays, etcétera.

-Hogar, por colapso del mismo como consecuencia de una exce-siva vaporización en la cámara de agua por disminución del nivel, por defectuosa circulación de agua, o por presencia de residuos aceitosos en la caldera.

-Dispositivos de seguridad defectuosos: al igual que en las de tubos de agua, las válvulas de seguridad, presostatos, termosta-tos, indicadores de nivel, seguridad por falta de llama o de tensión eléctrica que pueden fallar en su funcionamiento.

-Regulación defectuosa de la combustión: con incidencia de lla-ma en partes metálicas y debilitamiento de ellas por pérdida de características mecánicas.

Acumulación de gases combustibles en el hogar con deflagración accidental y/o sobrecalentamiento localizado en el hogar con posible vaporización instantánea e insuficiencia de evacuación a través de válvulas de seguridad.

De forma común para las calderas de ambos grupos podemos in-dicar así mismo:

-Defectuoso tratamiento de las aguas de alimentación, lo que re-presenta unos depósitos calcáreos rodeando a los tubos, o pega-dos a la placa tubular del lado agua de forma que la transmisión calórica es menor produciendo recalentamientos localizados con aparición de las fisuras ya mencionadas. (Fig. 2).

GRUPO B.- CALDERAS DE AGUA SOBRECALENTADA

En la mayor parte de los países europeos, las calderas de agua sobrecalentada son principalmente de tubos de humo. Por consi-guiente, los accidentes que en ellas aparecen son similares a los indicados en el grupo de calderas de hogar interior, exceptuando los correspondientes a indicadores de nivel por no existir en este tipo de calderas.

Así mismo se producen fisuras en la cámara de agua en zonas de soldadura por el gran salto térmico entre ida y retorno. (Fig. 3).

Corrosión a baja temperatura por posible temperatura de humos con contenido de SO2 que con la condensación de H20 puede generar el corrosivo ácido sulfúrico.

GRUPO C.- RECIPIENTES A PRESIÓN

DE VAPOR DE AGUA

-Corrosión, erosión y fatiga de los materiales por las oscilaciones cíclicas de presión en los acumuladores de vapor, causa frecuen-te de accidentes.

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-Defectos en los enclavamientos de los dispositivos de apertura y cierre.

-Fisuras en las extremidades de los tubos, en los injertos con la virola o fondos del recipiente.

-Fallos de los elementos de seguridad (válvulas de seguridad).

-Irregularidad en la presión diferencial en los acumuladores con doble cámara de presión.

DE AIRE

-Fisuras debidas a vibraciones de los compresores instalados so-bre los depósitos.

-Corrosión localizada en la generatriz inferior para recipiente ho-rizontal o en el fondo si el recipiente es vertical.

-Fallo de los elementos de seguridad.

-Corrosión exterior.

DE GAS

-Incompatibilidad de los materiales entre ellos con el gas.

-Corrosión del material.

-Cambios metalúrgicos por difusión del gas a través de los granos de la estructura del acero (por ejemplo en presencia de hidró-geno).

-Plasticidad, erosión exterior, fatiga por trabajo de tipo cíclico.

GRUPO D.- INSTALACIONES DE FLUIDO ORGÁNICO

-Recalentamiento del fluido con posible fisuración, rotura e in-cendio del fluido. -Transferencias metalúrgicas.

-Defectos de los elementos de seguridad (presostatos, termosta-tos, válvulas de seguridad).

-Material inapropiado para la temperatura de servicio del fluido térmico.

-Coquificación interior de los tubos con recalentamiento y obs-trucción de los mismos.

CAUSAS DE LAS AVERÍAS

Una vez expuestos los accidentes que se han producido con ma-yor incidencia en los cuatro grupos de aparatos, vamos a estudiar más a fondo las causas de averías o accidentes más tipificados entre los que hemos mencionado.

Podríamos agrupar los mismos en los siguientes:

-Incrustaciones (consecuencias visibles en la Fig. 2).

-Corrosiones del lado del fuego.

-Falta de agua (consecuencias visibles en la Fig. 5).

-Corrosiones del lado agua (consecuencias visibles en la Fig. 2).

-Contracciones térmicas (consecuencias visibles en Figs. 3 y 4)

INCRUSTACIONES

Se trata en general de depósitos de siIicatos, carbonatos y fos-fatos de calcio así como óxido de hierro proveniente de la oxi-dación metálica que produce una capa incrustada en los tubos y placas tubulares impidiendo la transmisión del calor.

El proceso de la avería se puede explicar en las siguientes etapas:

1. Tratamiento del agua de alimentación inadecuado por falta

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generalmente de regeneración del elemento rebajador del grado de dureza del agua.

2. Como consecuencia del depósito calcáreo en la superficie me-tálica se produce un defecto de transmisión de calor con un reca-lentamiento localizado.

3. Este calentamiento produce la decarburación de la matriz del acero, quedando disminuida su resistencia como consecuencia de la menor característica mecánica de la ferrita respecto a la ce-mentita.

4. Como consecuencia de esta fragilización de la matriz metálica se produce la fisuración por falta de características de ductibi-lidad en cuanto se produce calentamiento o enfriamiento por efecto térmico.

CORROSIÓN EXTERIOR DEL LADO DE HUMOS

Se trata del efecto nocivo que sobre los tubos de una caldera pue-den producir:

-El contacto con la solera o pared de obra de albañilería.

-El efecto de las pavesas u hollín depositado y que llevando una composición con SO2 se puede producir a una cierta temperatura y por condensación de humedades, ácido sulfúrico con las conse-cuencias nocivas de corrosión en los mismos.

Estas averías se han detectado en las calderas de agua sobreca-lentada principalmente, lo que es explicable por el salto térmico existente entre ida y retorno.

Se evita principalmente mediante una disposición de tubos que no se apoyen en obra de albañilería o solera refractaria.

Antes de la puesta en marcha de la caldera se procede a realizar una limpieza mecánica y química de dichos depósitos y se debe quemar un fuel con un contenido de azufre lo menor posible, en-tendiendo como tasa límite un 3%.

FALTA DE AGUA

Se trata probablemente de la avería más común en las calderas de vapor o agua sobrecalentada.

Las seguridades por falta de agua deben accionar en caso de falta de nivel la parada de los quemadores así como una señal lumi-nosa y señal acústica.

La consecuencia más corriente es el colapso del hogar (Fig. 5).

Las encuestas realizadas indican normalmente:

-Fallo por bloqueo del flotador que regula la alimentación de agua.

-Fallo en la válvula automática de alimentación de agua.

-Neutralización de la señal luminosa de alarma de nivel mínimo por falsa maniobra del personal.

Se recomienda la modificación del sistema eléctrico de forma que por manipulación defectuosa del personal no sea posible sacar de servicio el accionamiento de alarmas luminosa y acústica.

CORROSIÓN INTERNA O DEL LADO DE AGUA Y/O VAPOR

Se trata de una avería que está vinculada con la formación de incrustaciones aunque no sólo se producen como consecuencia de las mismas.

Ya se ha explicado la fisuración como consecuencia de incrusta-ciones. No obstante también se produce este tipo de corrosión como consecuencia de las tensiones acumuladas tras el mandri-nado de los tubos a la placa tubular, así como de las soldaduras de estanqueidad de los tubos a la placa tubular.

Si estas tensiones existentes tras el mandrinado se suman al fe-nómeno de presencia caústica en el agua de alimentación, se produce una corrosión bajo tensión muy acelerada.

CONTRACCIONES TÉRMICAS

Hemos mencionado anteriormente como a consecuencia de unos depósitos o incrustaciones de tipo calcáreo, se produce general-mente una acumulación térmica en zonas localizadas con una debilitación de las características mecánicas del material y con-siguiente fisuración o rotura. En las calderas de fluido térmico se observa que el mismo fluido portador de calor, como consecuen-cia del calor, va produciendo una progresiva destilación dejando acumulación de residuos pesados y produciendo el fenómeno de la coquificación.

Esta coquificación reduce de manera paulatina el diámetro del conducto llegando a provocar una auténtica estrangulación, en cuyo momento la transmisión de calor desaparece, producién-dose la rotura del material y en algunos casos concretos se ha observado en la visita de inspección en paro, hasta un pedazo de tubo totalmente coquificado en la solera de la caldera.

Así mismo en los tubos de agua este fenómeno aunque mucho más lento, se produce por acumulación de sales calcáreas.

Las fatigas térmicas ocasionadas llegan así mismo a producir la fisura del tubo.

Por último, como ejemplo existente de este tipo de averías po-demos citar las placas tubulares; donde los tubos en las calderas fumitubulares sobresalen excesivamente de la placa y en los mis-mos se produce una acumulación tensional constructiva, por el efecto del mandrinado que es una expansión en frío del tubo, acompañada durante el servicio por una acumulación térmica al incidir en algunos casos la llama sobre dicho saliente del tubo.

El efecto que produce dicha acumulación tensional es la apari-ción de fisura pasante en el tubo y que llega a transmitirse a la placa tubular comunicando la cámara de agua con el conducto de humo y denotando la presencia de vapor en la chimenea de deshaustación del humo.

Este fenómeno se acompaña generalmente con el efecto que la humedad por condensación origina en las partes frías de la cal-

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dera generando SO2 de los gases, con el temible ácido sulfúrico altamente corrosivo (Ver Figs. 3 Y 4).

MEDIDAS PREVENTIVAS

Es evidente que las estadísticas de los accidentes y el análisis de las causas de los mismos debe aportarnos la información nece-saria para poder realizar las inspecciones de tipo preventivo ne-cesarias para evitar los mismos o al menos disminuir sus efectos. Las medidas preventivas recomendables podemos agruparlas en tres grupos:

-Medidas relativas al recipiente a presión, tanto caldera como aparato (diseño y construcción).

-Medidas relativas al tratamiento del agua.

-Medidas relativas al mantenimiento durante la explotación en servicio de la Instalación.

MEDIDAS RELATIVAS AL RECIPIENTE

Nos referimos a dos tipos de actuación que son relativos al dise-ño o proyecto del equipo y a la construcción del mismo.

El diseño de un equipo o aparato a presión debe seguir un con-junto de requerimientos que están agrupados en los denomina-dos Códigos.

Los Códigos dan las directrices a seguir en cuanto a:

-Materiales por características mecánicas y químicas.

-Cálculo partiendo de dichos materiales y en base a solicita-ciones de trabajo para obtener el escantillonado de las virolas, fondos, tubos, injertos, refuerzos, tubuladuras de las válvulas de seguridad, etc.

-Procedimiento de soldadura a emplear con indicación de ca-racterísticas de elementos de aportación, cadencia de pasadas, tratamientos térmicos requeridos antes y/o después de la sol-dadura.

-Exámenes a realizar a los soldadores que intervendrán en el sol-deo del equipo a fin de asegurar la correcta mano de obra y rea-lización de las uniones.

-Ensayos no destructivos tras la operación de soldadura para vigi-lar la correcta realización de las juntas o uniones.

-Testigos de producción para mediante los oportunos ensayos destructivos verificar el mantenimiento de los parámetros de inicio (homologación de procedimiento y calificación de soldado-res así como mantenimiento de características de los materiales usados).

-Pruebas generalmente de presión para someter al material a unas tensiones superando las cuales se entiende que el equipo soportara con facilidad las tensiones normales de operación.

-Así mismo y previamente a la puesta en marcha se acoplan en la instalación los elementos de seguridad (válvulas, manómetros, termostatos, presostatos, indicadores de nivel) y se realiza la prueba de funcionamiento de quemadores con el oportuno re-glaje de los mismos a fin de obtener una llama correcta.

MEDIDAS RELATIVAS AL TRATAMIENTO DEL AGUA DE ALIMENTACION

Si la alimentación de las calderas se hiciera con agua no tratada, se formaría rápidamente dentro de ellas un importante sedimen-to e incrustación muy resistente sobre la superficie de calefacción haciendo de pantalla a la propagación del calor entre el hogar y el fluido a calentar. De ello se deduce que el rendimiento baja rápidamente, y para una misma capacidad de producción es ne-cesario forzar la marcha de la combustión, deteriorándose las su-perficies de calefacción al alcanzar temperaturas excesivamente altas por no estar refrigeradas por el agua.

Esta deterioración puede llevar a consecuencias muy graves, ex-plosión, quemaduras, etc.

"El tratamiento del agua de alimentación debe ser determinado por un especialista, siguiendo las características límites admisi-bles para el tipo de caldera y la presión de trabajo después de haber efectuado un análisis del agua a utilizar".

Las calderas deben ser alimentadas con agua tratada, de las ca-racterísticas límite de la Tabla que se expone. (ver pág. 22)

MEDIDAS RELATIVAS AL MANTENIMIENTO O INSPECCIÓN EN SERVICIO

Esta inspección en servicio denominada abono de verificación

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periódica de la instalación, comporta una visita anual (en paro y en marcha) de la instalación realizando los siguientes cometidos:

VISITA EN MARCHA

-Se comprueba la existencia de todos los elementos y órganos de seguridad que marcan los Códigos y se exigen en el Reglamento correspondiente de recipientes a presión.

-Se accionan dichos elementos de seguridad para verificar su co-rrecto funcionamiento:

• Por falta de agua. Se corta la alimentación poniendo en ré-gimen la caldera hasta comprobar cómo los Indicadores ac-túan sobre el quemador parándolo y haciendo intervenir la señal acústica y la óptica.

• Por falta de llama. Se saca la célula fotoeléctrica tapándola de forma que accione sobre el suminitro de fuel deteniendo el mismo con actuación de señales ópticas y acústicas.

• Por exceso de presión. Manteniendo cerrada la válvula de ida del vapor y forzando el quemador a su máximo régimen, se observa la subida de la presión en el manómetro verificando que al llegar a la presión de timbre las válvulas de seguridad se abren y la presión de caldera disminuye por evacuación correcta.

• Por falta de tensión. Se corta automáticamente la aportación de fuel a la caldera, requiriéndose un rearme manual previa señalización antes de volver a poner en marcha el generador.

VISITA EN PARO

Fundamentalmente este reconocimiento debe ir dirigido a una toma de datos interiores del equipo, para ver el avance de corro-sión y posibles fisuras por condiciones de trabajo que ha sufrido el mismo y por consiguiente se requerirá la utilización de Ensayos no Destructivos (Ultrasonidos, para espesores de chapa o tubos) y otras técnicas que complementen la inspección visual para detección de posibles fisuras (como Partículas Magnéticas, para fisuración superficial o subperficial y Rayos X, para verificación volumétrica de soldaduras).

CARACTERÍSTICAS LÍMITES DEL AGUA DE LAS CALDERAS

PRESIÓN DE FUNCIONAMINETO

HASTA 15 ATS. DE15 A 25 ATS. DE25 A 45 ATS. DE 45 A 80 ATS.

Cloruro en Cl2 máximo 1 1 0,4 0,2 gramos / litros

Sulfato en SO3 máximo 2 1 0,9 0,5gramos / litros

Salinidad total máxima 3 2 1,5 0,7en caldera gramos / litros

Alcalinidad total máxima 0,65 0,50 0,30 0,10Na OH máximo gramos / litros

Sílice Si O2 máximo 0,05 0,02 0,005gramos / litros

Contenido de Oxígeno máximo en 0,03 0,05 0,01 0,005cm3 / litros de agua de alimentacion

pH minimo de agua de alimentacion 8,4 8 8 8

pH minimo del agua en caldera 11,5 11,2 11 10,8

Grado hidrotrimétrico TH 0 0 0 0

Alcalinidad total máxima 0,80 0,65 0,45 0,20CO3Na2 máximo gramos / litros

Grado alcalimétrico completo TAC 80/100 40/60 20/40 10/15

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Así mismo se puede apreciar el estado de mantenimiento y lim-pieza interior verificando la no aparición de elementos que pue-dan modificar las circunstancias que sirvieron de base en la reali-zación del proyecto de equipo e instalación.

Así mismo el estado de incrustaciones, que debido a defectos en el agua de la alimentación pudieran acumularse en la cámara de agua.

Si en vez de un Generador de Vapor, nos referimos exclusivamen-te a Recipientes a Presión, el espíritu de reconocimiento interior y exterior es el mismo, es decir, verificar que cumplen con las exi-gencias del Reglamento al existir los elementos o dispositivos de seguridad obligatorios y verificar durante la visita en "marcha", que dichos dispositivos no sólo existen sino que actúan.

Tras este reconocimiento, se deberá asumir la responsabilidad de decidir si el equipo está en condiciones para volver a funcio-nar por otra etapa, hasta la siguiente verificación periódica y por consiguiente poder verificar que el equipo está en buenas con-diciones.

CONCLUSIÓN

Tras las consideraciones expuestas, fruto de la experiencia en diversos países europeos y naturalmente en España, podemos concluir que los aparatos Industriales e Instalaciones sometidas a presión llevan consigo un riesgo inherente en su explotación y servicio, siendo la experiencia de los accidentes acaecidos y sus estadísticas quienes nos aportan información sobre las medidas a tener en cuenta para mejorar la calidad de dichos riesgos.

Esta medida, como hemos indicado en lo expuesto, afecta en par-te a la concepción y diseño, en parte a la fabricación y finalmente al correcto mantenimiento. Los distintos organismos técnicos constituidos para la tutela y vigilancia de la calidad del riesgo de dichos equipos e instalaciones, han recopilado en sus Códigos las medidas a adoptar por la experiencia tratando de evitar el accidente.

En la actualidad y tratando de mejorar la tasa de siniestralidad de equipos industriales, los organismos de tipo técnico de inspec-ción, se ocupan de la verificación del cumplimiento de los reque-rimientos recogidos en los Códigos, tal y como ha sido expuesto, tratando consecuentemente de evitar el accidente industrial con las tremendas y cuantiosas pérdidas de vidas y de bienes.

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La aplicación de dióxido de carbono (CO2) en sistemas de refrige-ración no es nueva, ya que este fue propuesto como un refrige-rante por Alexander Twining (ref. [1]), quien lo mencionó en su patente británica en 1850. Thaddeus S.C. Lowe experimentó con globos militares con CO2, diseñó una máquina de hielo en 1867 y desarrolló una máquina a bordo de un barco para el transporte de carne congelada.

En la literatura puede verse que los sistemas de refrigeración de CO2 se desarrollaron entre 1920 – 1930 y durante los años si-guientes. Esta fue generalmente la opción preferida en las indus-trias de transporte porque no es tóxico ni inflamable, mientras que el amoniaco (NH3 o R717) era más común en aplicaciones industriales (ref. [2]). El CO2 desapareció del mercado, principal-mente porque la nueva "maravilla de refrigerante" "Freón" había salido al mercado y fue un gran éxito comercial.

El Amoniaco ha seguido siendo el refrigerante dominante para las aplicaciones de refrigeración industrial a lo largo de los años. En la década de 1990 se ofreció un enfoque renovado de las ventajas de utilizar CO2, debido a la ODP (potencial de agotamiento del ozono) y GWP (potencial de calentamiento Global), que ha res-tringido el uso de CFC y de HFC, además de las restricciones sobre la carga de amoniaco en sistemas de refrigeración industrial.

El CO2 pertenece a los refrigerantes llamados «Naturales», junto con, por ejemplo: el Amoníaco, hidrocarburos como el propano, el butano y el agua. Todos estos refrigerantes tienen sus respecti-vas desventajas, el Amoníaco es tóxico, los hidrocarburos son in-flamables y el agua tiene limitada las posibilidades de aplicación.

El CO2 difiere de otros refrigerantes comunes en muchos aspec-tos y tiene algunas propiedades únicas. Desarrollos técnicos des-de 1920 han eliminado muchas de las barreras al uso del CO2, pero los usuarios finales todavía deben ser muy conscientes de sus propiedades únicas y tomar las precauciones necesarias para evitar problemas en sus sistemas de refrigeración.

El gráfico en la figura 1 muestra la relación presión/temperatura de CO2, R134a y el amoníaco (R717). Destacan las siguientes pro-piedades del CO2 en relación con los otros refrigerantes:

- Mayor presión para una misma temperatura de saturación. - Más estrecho el campo de aplicación respecto a las temperatu-

ras de operación. - Triple punto a una presión mucho mayor. - Punto crítico a muy baja temperatura.

Mientras que el punto triple y crítico, normalmente no son im-

Dióxido de Carbono (CO2)en Refrigeración Industrial

Artículo realizado por Niels P. Vestergaard, R & D Manager, Danfoss Industrial Refrigeration y traducido por Claudio Henríquez C., RA Industrial Refrigeration Danfoss (Chile) Ltda. – member of the Danfoss Group. Claudio.henriquez@danfoss.com www.danfoss.com

portantes para los refrigerantes comunes, en el caso del CO2 es diferente. El punto triple es a una alta presión: 5.2 bar [75.1 psi], pero más importante aún, es superior a la presión atmosférica normal. Esta circunstancia puede crear algunos problemas, si no se toman las precauciones adecuadas. También tiene un punto crítico a una baja temperatura, la cual es de: 31.1 ° C [88.0 ° F], que afecta enormemente a los requisitos de diseño.

En la Tabla 1 se comparan las diferentes propiedades entre el CO2, el R134a y el R717 (NH3).

Características del CO2

La figura 2 muestra el diagrama de fases presión-temperatura del CO2 puro. Las áreas entre las curvas definen los límites de tem-peratura y presión a la que pueden existir diferentes fases: vapor, líquido, sólido y supercrítico.

En esta curva los puntos indican que de acuerdo a una presión y temperatura, existen dos fases en equilibrio, por ejemplo sólido - vapor, líquido - vapor o líquido - sólido. A presión atmosférica el CO2 puede estar en dos estados: sólido y vapor, no teniendo la capacidad para estar en estado líquido por debajo de los –78.4 ºC. [–109.1°F], o sea pasa de un sólido "hielo seco" directamente a vapor a través del proceso de sublimación.

A los 5.2 bar [75.1 °F] y –56.6 °C [–69.9 °F] el CO2 alcanza un es-tado único denominado “punto triple”. En este punto existen 3 fases: sólido, líquido y vapor, simultáneamente en equilibrio.

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El punto crítico del CO2 es a los 31.1°C [88.0°F]. A esta temperatu-ra, la densidad del líquido y vapor son iguales. (Figura 3) En con-secuencia de esto, desaparece la distinción entre las dos fases, formándose una nueva llamada supercrítica.

Los diagramas de presión-entalpía comúnmente se utilizan para propósitos de refrigeración, en el caso del CO2 el esquema se am-plía para mostrar las fases sólidas y supercríticas (Figura 4). Cada fase es marcada con un color distinto.

CO2 como refrigerante

El CO2 puede emplearse como refrigerante en diferentes tipos de sistemas, incluyendo el subcrítico y supercrítico.

El ciclo de refrigeración clásico y que todos conocemos es el sub-crítico, es decir, toda la gama de temperaturas y presiones de trabajo son por debajo del punto crítico y por encima del punto triple. Para sistemas con CO2 de una sola etapa subcrítica es sim-ple, pero también tiene inconvenientes debido a su rango limita-do de temperaturas y alta presión (Figura 5). El CO2 es comúnmente aplicado en los diseños de sistema de cas-cada o híbrido en refrigeración industrial, ya que la presión puede ser limitada en la medida que se pueden utilizar componentes comercialmente disponibles como compresores, válvulas y con-troles.

Los sistemas de cascada de CO2 pueden diseñarse de diferentes maneras, por ejemplo, sistemas de expansión directa, sistemas sobrealimentados por bombas, CO2 en sistemas secundarios "sal-muera o Glicol" o combinaciones de éstos.

CO2 como refrigerante en sistemas industriales:

En los sistemas recirculados o sobrealimentados con CO2, se bombea el fluido en estado lÍquido desde el estanque de bombeo al evaporador, donde parcialmente se evapora (esto depende de la tasa que se considere), regresando al estanque el cual realiza la función de separación entre el vapor y el lÍquido. El CO2 evapo-rado luego es comprimido en un compresor para CO2 y enviado a un intercambiador de calor de CO2-R717 para su condensación. El intercambiador de calor, cumple la función de evaporador en el

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sistema de R717, el cual serÍa la etapa de alta si lo relacionamos con un sistema booster.

En este tipo de sistema CO2-R717, en comparación a un sistema tradicional industrial con solo NH3, la carga de este último en el sistema en cascada con CO2, puede reducirse aproximadamente 1/10.

La Figura 8 muestra el mismo sistema de la figura 9, pero incluye un compresor para realizar la alimentación de gas caliente de CO2 y así realizar la función de descongelamiento de los evaporado-res. La figura 9 muestra un sistema de refrigeración de – 40 ° C [– 40 ° F] utilizando CO2 como un refrigerante secundario en reemplazo de "salmuera o Glicol" y R717 en el lado de alta presión. El CO2 líquido se bombea desde el estanque al evaporador por lo que parte de éste se evapora antes de retornar al mismo recipiente.

La Figura 10 muestra un sistema mixto con evaporadores inunda-dos y otro por sistema de expansión directa DX, un ejemplo de esta aplicación podría ser un sistema de refrigeración industrial, donde se requieren 2 niveles de temperaturas.

Presión de diseño

Para determinar la presión de diseño en sistemas de CO2, los dos factores más importantes a considerar son:

- Presión que se puede alcanzar durante las detenciones del sis-tema.

- Presión necesaria durante el proceso de descongelación.

Cuando el sistema de refrigeración con CO2 esté detenido au-mentará la presión debido a la ganancia de calor desde el aire ambiente. Si la temperatura fuera a llegar a 0°C [32°F] la presión sería de 34,9bar [505 psi] y si llegara a 20°C la presión sería de 57,2 bar [830 psi], lo que es mucho mayor a la presión de equili-brio de un sistema con R717, ya que a 20°C alcanza una presión de 8,6 bar [125 psi].

Para un sistema de refrigeración industrial, es bastante costoso diseñar todo el equipamiento, poder soportar la presión de com-pensación o equilibrio (es decir, presión de saturación correspon-diente a la temperatura ambiente). Por lo tanto la instalación de una pequeña unidad condensadora auxiliar, es una forma común para limitar la máxima presión durante las detenciones del siste-ma a un valor razonable, como por ejemplo 30 bar.

Para los sistemas con CO2, se pueden aplicar diferentes tipos de descongelación (por ejemplo: natural, agua, electricidad, gas a alta presión y temperatura). La descongelación por gas caliente es la más eficiente, especialmente a bajas temperaturas de eva-poración, pero también exige la máxima presión. Si se considera una presión de diseño de bar 52bar-g [754 psig], es posible llegar a una temperatura de descongelación de aprox. 10°C [50°F].

La presión de saturación a 10°C [50°F] es de 45 bar [652 psi], me-diante la adición del 10% para las válvulas de seguridad y aproxi-madamente el 5% para los aumentos de presión, llegaríamos a una presión de trabajo admisible máxima de 52 bar-g [~ 754 psig] (Figura 11).

Seguridad

La densidad relativa del CO2 es 1,529 (aire = 1 a 0°C [32°F]). Es una sustancia inodora, incolora clasificada como un refrigerante no inflamable y no tóxico, pero a pesar de todas estas propiedades muy positivas, también tiene algunas desventajas.

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Debido a que es inodoro, no es self-alarming (auto alarmante) no siendo perceptible en caso de producirse fugas. (ref. [6]). Es más pesado que el aire, concentrándose a nivel de suelo. Esto puede crear situaciones peligrosas, especialmente en pozos o es-pacios confinados, desplazando al oxígeno a un punto fatal. Estas características le confieren un riesgo que requiere una atención especial durante el diseño y operación, para la detección de fugas y / o ventilación para posibles emergencias.

En comparación con el NH3, el CO2 es un refrigerante seguro. El TLV (threshold limit value) es la máxima concentración de un va-por en el aire, que puede tolerarse durante un turno de 8 horas diarias y 40 horas a la semana. El límite de seguridad establecido por TLV, para el NH3 es una concentración de 25 [ppm] y para el CO2 es 5000 [ppm] (0,5%).

Es importante saber que en el aire hay un 0,04% CO2. Al aumentar su concentración se deben considerar las siguientes reacciones adversas:

- Un aumento al 2%, 3% y 5% produce un incremento en la fre-cuencia respiratoria del 50%, 100% y 300% respectivamente.

- A una concentración del 8-10% se interrumpe la respiración natural del cuerpo y se hace casi imposible respirar. Se produ-ce dolor de cabeza, mareos, sudoración y desorientación.

- Con una concentración mayor al 10% se puede provocar pér-dida de conciencia y muerte. Ésta última se puede producir rápidamente con concentraciones mayores al 30%.

Eficiencia

En los sistemas cascada CO2 - NH3, como se mencionó anterior-mente, se debe incorporar un intercambiador de calor, lo que genera una menor eficiencia en el sistema por la necesidad de tener una diferencia de temperatura entre los fluidos. Sin em-bargo, los compresores para CO2 tienen una mayor eficiencia y transferencia de calor.

La eficiencia global de un sistema de cascada de CO2 - NH3 no es reducida en comparación con un sistema tradicional de NH3(Figura 13).

Aceite en los sistemas de CO2

En los sistemas de CO2 con compresores tradicionales de refrigera-ción, se utilizan los tipos de aceite miscible e inmiscible (Tabla 2).

Para los lubricantes no miscibles, como la polialfaolefina (PAO) su manejo es relativamente complicado, ya que la densidad del PAO es menor que la del CO2 en estado líquido, por lo que el lubricante flota en la parte superior, lo que hace más difícil su eliminación en comparación a los sistemas de NH3. Para evitar su acumulación en los evaporadores, es importante realizar una eficiente separación del aceite con el CO2 en el compresor para que el sistema quede prácticamente libre de aceite.

Con lubricantes miscibles, como el polioléster (POE), el manejo del lubricante en el sistema puede ser mucho más simple. Los aceites POE tienen alta afinidad con el agua, por lo que es impor-tante asegurar la estabilidad de este.

En los sistemas con refrigerantes secundarios utilizando CO2 y en sistemas de recirculación con compresores libres de aceite, no hay presencia de este en el CO2 que circula. Desde el punto de vista de eficiencia, esto es óptimo porque da lugar a buenos coeficientes de transferencia de calor en los evaporadores. Sin embargo, requiere que todas las válvulas, controles y otros com-ponentes deban funcionar en seco.

Comparación de diámetros de piping para distintos refrigeran-tes en una misma condición:

Para realizar una comparación entre el R134a, Amoniaco o R717 y CO2, se deben mantener constantes las condiciones de evapo-ración, condensación y carga frigorífica. Ver tabla 3.

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Líneas de succión húmeda en sistemas de recirculación:

Al realizar la comparación en un sistema de recirculación por bomba en la línea de succión húmeda, el CO2 requiere diámetros de piping mucho más pequeños que el R717 o el R134a (tabla 3). Pero para el CO2, la caída de presión permisible es aproximada-mente 10 veces mayor que en el caso del R717 o para el R134a. Este fenómeno es el resultado de la alta densidad de los vapores de CO2.

La comparación anterior se basa en una tasa de circulación de 3 y el resultado sería diferente si la tasa de circulación fuera optimi-zada para cada refrigerante.

Líneas de Succión en sistemas de expansión seca:

Al comparar las líneas de succión seca se obtienen resultados si-milares al caso anterior, en cuanto a diferencias de tamaño del piping y la caída de presión. (tabla 4).

Las líneas de líquido:

Para sistemas de expansión seca y sobrealimentado, se obtiene que las líneas de líquido para el CO2 son mucho más grandes que para el R717 y ligeramente menor al obtenido para el R134a (ta-bla 3 y 4). Esto puede explicarse por el alto valor para el calor latente que se obtiene desde el R717.

Al ver el gráfico correspondiente a la Tabla 5, se puede apreciar que las áreas transversales relativas para el líquido y vapor para los tres refrigerantes (tabla 5). En el caso del CO2 el área es aproxi-madamente 2,5 veces menor al área utilizada en un sistema de R717 y aproximadamente siete veces menor al de R134a. Este resultado tiene implicaciones interesantes para los costos de ins-talación relativa en los tres refrigerantes.

Debido al bajo volumen específico del vapor del CO2 y su capaci-dad de refrigeración con desplazamientos volumétricos grandes, el sistema de CO2 es relativamente sensible a las fluctuaciones de capacidad. Por lo tanto, es importante para el diseño del separa-dor de líquido o estanque de bombeo que considere un volumen suficiente para compensar el pequeño volumen de vapor que cir-cula por las tuberías.

En la tabla 6 se estima la capacidad de compresión necesaria para los tres refrigerantes (R134a, R717 y CO2) para una misma car-ga térmica en iguales condiciones de funcionamiento. Como se puede observar, el sistema de CO2 requiere un compresor mucho más pequeño que el R717 y el R134a. Si comparamos compre-sores de desplazamientos volumétricos idénticos, en las condi-ciones anteriormente mencionadas, al utilizar CO2 el equipo es 8.8 veces superior que al utilizar R717 y 13 veces mayor que al utilizar R134a.

En el caso de los estanques de bombeo o recirculadores, al de-terminar la altura "H" que se calcula para los tres refrigerantes en la tabla 7, el subenfriamiento logrado en la columna de aspira-ción de la bomba es bastante menor en el CO2. Esta característica debe tenerse en cuenta al diseñar un sistema y evitar la cavita-ción, junto con otros problemas con las bombas.

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y vapor del CO2 en función de la temperatura. La solubilidad en la fase líquida es mucho mayor que en la fase de vapor, en esta últi-ma, la fase de vapor es también conocida como el punto de rocío. El diagrama en la figura 15, muestra que la solubilidad del agua para el CO2 es mucho menor que para el R134a o el R717. A – 20 ° C [– 4 ° F] la solubilidad en agua en fase líquida para el CO2, R134a y R717 es:

- CO2, 20,8 ppm - R134a, 158 ppm - R717, 672 ppm

Al estar bajo estos niveles, en el caso del CO2, el agua queda di-suelta en el refrigerante y no daña el sistema. La Figura 16 muestra cómo se disuelven las moléculas de agua (H2O) si la concentración es inferior al límite máximo de solubilidad y cómo las moléculas de H2O precipitan en la solución en gotas si la concentración de agua es mayor que el límite máximo de solubilidad.

Si el agua sobrepasa los límites de solubilidad en un sistema de CO2, pueden ocurrir problemas especialmente si la temperatura es inferior a 0 °C, ya que el agua se congela y los cristales pueden bloquear las válvulas de control, solenoides, filtros y otros equi-pos (Figura 17). Este problema en particular es una deficiencia en los sistemas de expansión directa y sobrealimentación, pero no es así en los sistemas en los cuales el CO2 se utiliza como refrige-rante secundario.

Reacciones Químicas

Es importante destacar que las reacciones mencionadas a conti-nuación no tienen lugar en un buen sistema de CO2, donde el con-tenido de agua está por debajo del límite máximo de solubilidad.

En un sistema cerrado el CO2 puede reaccionar con: aceite, oxíge-no y agua, especialmente a temperaturas y presiones elevadas. Por ejemplo, si el contenido de agua se eleva por encima del lími-te de solubilidad máxima, el CO2 puede formar ácido carbónico.

Agua en sistemas de CO2

En los sistemas de R717 se deben realizar como mantención; el cambio de aceite en los compresores, la eliminación del aceite desde otros componentes del sistema, la eliminación de gases no condensables, del agua, oxigeno y contaminantes sólidos que pueden causar problemas.

Respecto a los sistemas de amoniaco, el CO2 es menos sensible, pero si el agua está presente pueden producirse problemas, no olvidemos que uno de los más grandes enemigos de los sistemas con R717 es el agua, ya que daña válvulas, controles, compreso-res y disminuye el rendimiento del sistema.

En algunas instalaciones de CO2 en funcionamiento, de forma temprana se presentaron problemas en equipos de control entre otros componentes. Las investigaciones revelaron que muchos de estos problemas son causados por el congelamiento del agua en el sistema, por esto en la actualidad se utilizan filtros secado-res, para mantener el contenido de agua en el sistema a un nivel aceptable.

El nivel aceptable de agua en los sistemas de CO2 es mucho me-nor en comparación con otros refrigerantes comunes. El diagra-ma en la figura 14 muestra la solubilidad del agua en fases líquido

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CO2 + H2O H2CO3(CO2 + agua ácido carbónico)

El ácido carbónico puede ser bastante corrosivo para varios tipos de metales como el acero carbono, pero no en un buen sistema de CO2, ya que el contenido del agua se debe mantener por de-bajo del límite máximo de solubilidad.

Agua en fase de Vapor para el CO2

Si la concentración de agua es relativamente alta y se mezcla con el CO2 en estado de vapor pueden reaccionar formando un hi-drato de gas CO2.

CO2 + 8 H20 CO2 (H20)8 (CO2 + agua Hidrato CO2)

El CO2 gas hidrato, es una molécula grande y puede existir por encima de 0 ° C [32 ° F], lo cual puede crear problemas en equi-pos de control y filtros, similares a los problemas que produce el hielo.

POE Lubricante

Los sistemas con POE reaccionan con agua de la siguiente forma: RCOOR' + H2O R'OH + RCOOH (éster + agua alcohol + ácido orgánico)

Como se observa a continuación, si el agua está presente el lu-bricante POE reaccionará en forma de alcohol y ácido orgánico (ácido carboxílico), el cual es relativamente fuerte y puede co-rroer los metales en el sistema. Debido a esto es muy importante limitar la concentración de agua en los sistemas de CO2 si se uti-lizan lubricantes POE.

PAO lubricante

2RCH3 + 3 O2 2 H202 + 2RCOOH(Aceite + oxigeno agua + ácido)

El lubricante PAO más conocido como aceite mineral sintético, normalmente es muy estable. Sin embargo, si hay suficiente oxí-geno libre, (como podría estar por la corrosión en las tuberías) reacciona con el lubricante y forma ácido carboxílico.

Eliminación del agua de un sistema con CO2

Controlar el contenido de agua en un sistema de refrigeración es un método muy eficaz para prevenir las reacciones químicas anteriormente mencionadas.

En sistemas de freón, los filtros secadores que comúnmente se utilizan para eliminar el agua son del tipo con núcleo de zeolita. Esta tiene poros muy pequeños y actúa como un tamiz molecular (Figura 18).

El CO2 es una molécula no polar, por lo que el proceso de ex-tracción de agua es diferente. Las moléculas de agua y CO2 son bastante pequeñas para penetrar el tamiz molecular. Sin embar-go, las de agua que son absorbidas en el tamiz molecular y así salen de la molécula CO2, debido a la diferencia en la polaridad.

Los filtros de secado de zeolita no pueden ser usados en siste-mas de R717, porque tanto el agua como el amoníaco son muy polares. A pesar de que los filtros secadores funcionan en forma diferente en los sistemas de CO2, la eficiencia es bastante buena. La capacidad de retención de agua es aproximadamente igual a sistemas de R134a.

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La ubicación más eficaz para detectar y eliminar agua es donde la concentración es alta. La solubilidad de agua de la fase de va-por de CO2 es mucho menor que en fase líquida. Por lo tanto, una mayor cantidad de agua puede transportarse en las líneas de líquido.

La figura 18.1 muestra la variación de humedad relativa en un sistema de circulación por bomba a una temperatura de evapo-ración de – 40 ° C. Se puede observar que la humedad relativa es mayor en la línea de succión húmeda y que depende de la veloci-dad de circulación. En un sistema DX la variación de la humedad relativa varía, pero también en este caso la mayor concentración se encuentra en la línea de aspiración (fig. 18.2). Aprovechando este principio, indicadores de humedad y filtros secadores nor-malmente se instalan en una línea de líquido o la línea de deriva-ción de líquido desde el receptor (Figura 19). El nivel de humedad indicado por estos dispositivos varía según la temperatura y tam-bién por tipo de indicador.

En la figura 20, se muestra el nivel de indicación de un SGN Dan-foss para CO2 líquido.

¿Cómo entra agua a un sistema de CO2?

A diferencia de algunos sistemas de amoniaco, la presión en los sistemas de CO2 es siempre superior a la atmosférica. Sin em-bargo, el agua aún puede encontrar su camino para entrar en los sistemas de CO2.

El Agua puede ingresar y contaminar un sistema de CO2, a través de cinco mecanismos diferentes:

1-. Difusión.2-. Reparación y mantenimiento de válvulas, equipos, etc.3.- La incompleta eliminación del agua durante la instalación

y/o puesta en marcha. 4.- Lubricante cargado en el sistema contaminado con agua. 5.- CO2 cargado en el sistema contaminado con agua.

Todos los puntos anteriores deben ser evitados.

Para ilustrar un caso real de entrada de H2O a un sistema de re-frigeración, podemos analizar lo siguiente: un contratista al rea-lizar el montaje de los equipos y piping, puede creer que el CO2 es un refrigerante muy seguro y no necesita muchos cuidados, por lo que puede ser manejado sin seguir los requisitos de segu-ridad normales (pruebas de presión y vacío para extracción de humedad), como por ejemplo con el R717. En otra situación un instalador podría abrir el sistema para realizar una reparación o

mantención, una vez que el sistema está abierto a la atmosfera entra aire, el cual porta humedad. Al estar el material de la tube-ría a una baja temperatura la humedad se condensará dentro del piping. Si a esto no se le incorpora el procedimiento de limpieza y vaciado correcto, el agua quedará dentro del sistema, tal como pasa en los sistemas de R717.

En otro escenario, nuestro instalador se olvida que el lubricante utilizado en el sistema es tipo POE (el cual tiene gran capacidad de absorber agua) y deja el recipiente sin su tapa. Después de cargar al POE en el sistema, el agua va a comenzar a producir problemas en el sistema.

Por error muchos profesionales del área asumen que al eliminar el aire por purgas manuales o automáticas, el problema de H2O queda solucionado, pero por ninguna de estas formas se elimina el agua de un sistema de refrigeración. Características para tener en cuenta en los sistemas de refrige-ración con CO2.

Por la alta presión del punto triple del CO2, se pueden formar só-lidos bajo ciertas condiciones. La Figura 21 muestra los procesos de expansión que se producen en las válvulas de alivio o seguri-dad a partir de tres ejemplos en condiciones diferentes.

Si una válvula de alivio o seguridad está instalada en fase de va-por a una presión de 35 bar [507 psi] o menos, la línea más a la derecha, la presión en el piping de descarga pasará a través del punto triple a 5,2 bar [75,1 psi] hasta llegar finalmente a la pre-sión atmosférica, una vez por debajo del punto triple el CO2 será puro vapor.

Expansión de CO2 – cambio de fase en válvulas de seguridad. Considerando un segundo ejemplo, también se instala una vál-vula de seguridad en fase de vapor a una presión 50 bar [725 psi], ejemplo ubicado en la línea vertical central en la Figura 2, la presión en el piping de descarga descenderá por el punto triple y el 3% del CO2 cambiará a estado sólido. En el peor de los ca-sos los sólidos pueden bloquear el piping, por ejemplo cuando este tiene muchos cambios de dirección. Una solución eficaz a este problema sería montar la válvula de seguridad sin una línea de salida y aliviar el sistema directamente a la atmósfera, lo cual puede provocar riesgos para los operarios.

En un tercer ejemplo consideramos otra válvula de alivio o segu-ridad, pero instalada a fase líquida a una presión de 20 bar [290 psi], el fluido al ser descargado, la presión desciende pasando por el punto triple y el 50% de la masa de CO2 pasaría a estado sólido.

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En este último caso existe un gran riesgo de obstrucción en el piping de descarga y para evitar este problema y proteger con seguridad las líneas de líquido, conecte el piping de descarga de estas válvulas de seguridad a una presión superior a la del punto triple de 5.2 bar [75.1psi].

Carga de CO2

Es importante comenzar la carga CO2 en la fase de vapor y con-tinuar hasta alcanzar una presión superior a 5,2 bar [75.1psi], ya que recordemos bajo este valor el CO2 sólo puede existir como un sólido o vapor dentro del sistema de refrigeración. También se debe tener en cuenta, que las temperaturas serán muy bajas hasta que la presión comience a aumentar. Por ejemplo a 1 bar [14.5 psi], la temperatura de sublimación será de –78.4 ° C [–109 ° F] y esto puede provocar daño en algunos materiales.

Entrampamientos de líquido.

Es un gran riesgo referente a la seguridad en los sistemas de re-frigeración y debe evitarse siempre. Esto es aún mayor para siste-mas de CO2, R717 o R134a. Por todo esto es importante conside-rarlo en el diseño de los sistemas.

El diagrama en la figura 23 muestra el cambio de volumen de líquido relativo para los tres refrigerantes anteriormente compa-rados. Como se muestra el CO2 líquido se expande mucho más que el R717 y el R134a, especialmente cuando la temperatura se acerca a punto de crítico del CO2.

Pérdidas de CO2- NH3 en sistemas de cascada

La fuga más importante en un sistema de cascada de CO2 - NH3, está en los intercambiadores de calor que involucra a ambos refrigerantes. La presión de CO2 será mayor que en el lado del R717, por lo que se producirá la fuga hacia el sistema de NH3, quedando este último contaminado.

CO2 + 2 NH3 H2NCOONH4 CO2 + Amoniaco Carbonato de amonio

El Carbonato de amonio se forma inmediatamente cuando el CO2 está en contacto con NH3 y es corrosivo (ref. [5]).

Compatibilidad de materiales

El CO2 es compatible con casi todos los materiales metálicos co-munes, a diferencia del NH3. No existen restricciones desde un

punto de vista de compatibilidad al utilizar cobre o latón. En el caso de los polímeros es mucho más complejo, porque el CO2 es una sustancia muy inerte y estable, de todas formas la reacción química con los polímeros no es crítica. Si la principal preocupa-ción con el CO2 son los efectos fisicoquímicos como la infiltración, inflamación, generación de cavidades y fracturas internas. Estos efectos están conectados con la solubilidad y la difusividad del CO2 en el material.

Danfoss ha llevado a cabo una serie de pruebas para asegurar que los componentes liberados para utilizar con CO2 pueden re-sistir el impacto en todos los aspectos. Las pruebas han demos-trado que el CO2 es diferente por lo que se han realizado modi-ficaciones en algunos productos. La gran cantidad de CO2 que se puede disolver en polímeros, se debe tener en cuenta. Algunos usan polímeros que no son compatibles con el CO2 y en otros casos se requieren diferentes métodos de fijación, por ejemplo materiales de sellado. Cuando la presión esta cerca de la crítica y la temperatura es alta, el impacto en polímeros es mucho más extremo. Sin embargo esas condiciones no son importantes para la refrigeración industrial, ya que la presión y la temperatura son más bajas para estos sistemas.

Conclusiones:El CO2 tiene buenas propiedades en particular a baja temperatu-ra, pero no es un sustituto del amoníaco.

Los sistemas industriales con CO2 más comunes son los híbridos con amoníaco en el lado de alta temperatura del sistema.

El CO2 es en muchos aspectos un refrigerante muy sencillo, pero es importante darse cuenta que tiene algunas características úni-cas en comparación con otros refrigerantes comunes. Conocer las diferencias y tomarlas en cuenta durante el diseño, instala-ción, puesta en marcha y operación, ayudará a evitar problemas.La disponibilidad de componentes para sistemas de refrigeración industriales con CO2 con presiones de hasta aproximadamente 40 bar es una buena opción. Varios fabricantes de equipos para refrigerantes tradicionales también pueden suministrar algunos componentes para sistemas de CO2. La disponibilidad de compo-nentes compatibles con la mayor presión del CO2, en sistemas de refrigeración es limitada, por lo que la disponibilidad de compo-nentes críticos es un factor importante en la tasa de crecimiento de la aplicación de CO2.

Referencias

- [1] Bondinus, William S., ASHRAE Journal April 1999. - [2] Lorentzen, Gustav, Reprint from IIR Conference 1994 Proceedings “New Appli-cations of Natural Working Fluids in Refrigeration and Air Condition”

- [3] P.S Nielsen & T.Lund IIAR - Albuquerque, New Mexico 2003, Introducing a New Ammonia/CO2Cascade Concept for Large Fishing Vessels

- [4] Broesby-Olsen, Finn Laboratory of Physical Chemisty, Danfoss A/S Internatio-nal Symposium on HCFC Alternative Refrigerants. Kobe IIF – IIR Commission B1,B2 and E2, Purdue University.

[5] Broesby-Olsen, Finn Laboratory of Physical Chemisty, Danfoss A/S IIF – IIR Commissions B1, B2, E1 and E2 – Aarhus Denmark 1996.

[6] IoR. Safety Code for Refrigeration Systems Utilizing Carbon Dioxide The Insti-tute of Refrigeration. 2003.

[7] Vestergaard N.P. IIAR – Orlando 2004. CO2 in subcritical Refrigeration Sys-tems.

[8] Vestergaard N.P. RAC – refrigeration and air condition magazine, January 2004. Getting to grips with carbon dioxide.