LUBRICACIÓN Y REFRIGERACIÓN

LUBRICACIÓN Y REFRIGERACIÓN

Un compresor en funcionamiento implica una gran cantidad de fricción entre sus componentes móviles y una elevada temperatura debido a la propia fricción. La fricción, junto con el calor producido por la misma, puede provocar el agarrotamiento de los componentes y un rápido desgaste de los mismos, mientras que el calor residual de la combustión puede elevar tanto la temperatura que produzca la fusión de las piezas metálicas. En ambos casos, el efecto es la inutilización del motor. Para mantener fricción y calor en unos valores razonables, los motores disponen de sistemas de lubricación y de refrigeración.
Recibe este nombre el método utilizado para evitar en lo posible el contacto directo entre dos piezas que se mueven una respecto a la otra, reduciendo la fricción, lo cual se consigue interponiendo una fina película de lubricante entre estas piezas. El sistema de lubricación tiene como función mantener y renovar de forma continua esta película, y además refrigerar mediante el propio lubricante las partes del motor a las que no puede acceder el sistema de refrigeración. Los lubricantes comúnmente empleados son aceites que provienen del refino del petróleo, debiendo cumplir una serie de requisitos, principalmente relativos a su viscosidad, de acuerdo con la severidad de las condiciones de operación del motor.
Para determinar la viscosidad del aceite, se utilizan varios sistemas de números, de forma que cuanto menor sea el número más ligero es el aceite. La mayoría de los aceites contiene aditivos para reducir la oxidación e inhibir la corrosión, y los hay que abarcan distintos grados de viscosidad (multigrado). En cualquier caso el aceite utilizado debe corresponder siempre al grado y tipo determinado por el fabricante.

Lubricación de compresores

El aceite de los compresores lubrica las partes móviles y cierra el espacio entre el cilindro y el pistón. El compresor bombea el aceite por toda la instalación, este circula por la parte baja de la tubería y es retornado otra vez al compresor.
El depósito o sumidero del aceite, el cárter está localizado en la parte baja del compresor.
El aceite sólo es útil en el compresor, fuera de este es más perjudicial que beneficioso. Se emplean dos sistemas de lubricación; el barboteo o por bomba de aceite. Hasta 4 ó 5 CV se emplea el sistema por barboteo, el cual funciona de la siguiente manera:
Dentro del nivel de aceite que existe en el compresor se introduce una de las partes móviles del compresor, como puede ser una cazoleta de la biela, un eje del cigüeñal hueco, etc.
Esta parte móvil salpica o conduce el aceite hacia otras partes del compresor.

Partes interiores de un compresor alternativo

A partir de 5 CV es necesario una bomba de aceite que inyecte este a una presión constante. Para ello se utiliza una bomba formada por dos piñones que es accionada por el mismo eje del cigüeñal. En ocasiones la lubricación se produce por  borboteo, en otras una bomba, accionada por el motor, cuya toma de entrada está sumergida en el cárter, toma el aceite y lo envía a presión, pasando por un filtro, a los elementos a lubricar mediante una serie de conductos internos del motor. Estos conductos, además de depositar el aceite en los sitios necesarios, se comunican con la mayoría de los ejes giratorios (cigüeñal, árbol de levas, etc.) y otros elementos (bielas, bulones de pistón, etc.) permitiendo su lubricación. Una vez cumplida su función, el aceite vuelve al depósito o sumidero por su propio peso.
Todos los compresores con bomba de aceite han de llevar un presostato diferencial de aceite.
El aceite refrigerante cumple las misiones siguiente:

Reduce el rozamiento entre las partes del compresor en movimiento

Absorbe el calor desprendido por el rozamiento

Evacuar las posibles virutas metálicas producidas por el rozamiento

Evitar la corrosión en el circuito

Reducir el ruido del compresor

Evitar en el compresor la comunicación de la parte de alta con la de baja presión

Como hemos dicho el lugar de alojamiento del aceite es el carter del compresor, pero siempre a través de las válvulas  y mezclado con el gas sale por la descarga hacia el circuito frigorífico. El aspecto negativo de esta situación es que el aceite no vuelva al compresor. Donde hay aceite no hay refrigerante, por lo que disminuye la capacidad de refrigeración del sistema, además el compresor pierde poder de lubricación. Es por esto que colocaremos en la salida del compresor un separador de aceite y/o además las tuberías deberán estar bien diseñadas. En tramos horizontales estos deberán tener pendiente hacia la circulación del refrigerante. En los tramos verticales deberemos colocar sifones.
En definitiva diremos que los problemas de lubricación se presentan:

Cuando el aceite no es miscible con el refrigerante (si es miscible también se presentan problemas en la línea de circulación de gas)

El diseño de las tuberías no es correcto

No dispone de separador de aceite. 
Otro problema que se puede originar es el llamado golpe de líquido por aceite en el compresor. En el caso de una instalación parada por largo tiempo, el refrigerante se mezcla con el aceite en el carter. Al ponerse en marcha la instalación se produce u n vacío en el carter, lo que origina una evaporación del refrigerante, arrastrando gotas del aceite y produciéndose un golpe de líquido. Para evitar esto se instalan resistencias eléctricas en el carter, que se activan cuando el compresor para, y su intensidad de corriente dependerá de la temperatura que vaya adquiriendo el aceite. La necesidad de estas resistencias se acrecienta cuando la temperatura ambiente es muy baja.

CARACTERISTICAS

Los aceites para refrigeración deben tener varias características pero las más importantes son tres, en primer lugar deben estar deshidratados, esta es una propiedad muy importante en la cual se determinara de alguna la probabilidad en averías por deterioros en devanados de motores que está en contacto con fluidos refrigerantes, de esta forma establecemos que el aceite refrigerante cuanto menos giroscópico mejor.
Por otra parte deberán soportar temperaturas frías ya que a pesar que en aspiraciones del compresor nos llegue refrigerante recalentado será a temperaturas bajas o muy bajas. Por último no deben descomponerse debe resistir la posible reacción con el refrigerante o cualquier otro material presente en el sistema.
Otras características serian:
La viscosidad, cuando se diluye con refrigerante se a de asegurar una película de gran espesor, para refrigeración se emplea aceites con poca viscosidad.
El punto de congelación, para evitar la separación, los aceites minerales dejan de fluir a 50 ºC y para los aceites alquibencénicos y de base ester se solidifican a 100 ºC.
El punto de carbonización, al soportar temperaturas elevadas el aceite se ennegrece y se carboniza, la temperatura de carbonización es entre 120 ºC y 130 ºC.
El punto de flucolación, es la temperatura a la cual en el aceite, mezclado con
refrigerante, aparecen granos de cera, esta temperatura es más baja que la de congelación. Al subir la temperatura el aceite ya no se puede reutilizar.
El índice de neutralización, cuando los aceites se mezclan con agua o oxígeno suelen crear ácidos, este índice nos indica la cantidad de ácido que es capaz de crear, es mejor cuando menor es este índice.
La rigidez dieléctrica, para asegurar unas buenas propiedades aislantes ya que en compresores herméticos y semiherméticos realiza la función de aislante entre motor y cuerpo del compresor, esta es la resistencia eléctrica del aceite, suele ser de 25 Kv.

Resumiendo las características más importantes:

Ser miscibles con el refrigerante utilizado

Estabilidad con las bajas temperaturas de evaporación

Estabilidad con las altas temperaturas de descarga

Nula absorción de agua, no higroscópico

Viscosidad estable tanto en la baja presión como en la alta
Alta estabilidad química al circular por el circuito

TIPOS DE  ACEITES REFRIGERANTES

Aceite mineral

Se emplean con los CFC, HCFC y ya con algún HFC como el R 417A, son muy miscibles y poco higroscópicos con lo cual de lo tres grandes tipos de aceites refrigerantes es el mejor.

Alquibencénico

Se emplea con los HFC, es muy higroscópico, se oxida en exposición con el aire, no se puede mezclar con mineral y se debe mantener en recipientes herméticos. Se usa casi exclusivamente en automoción.

Polialquilglicoles PAG

Aceites utilizados en sistemas con R 134a en automoción ya que no reacciona negativamente con elastómeros. Es muy higroscópico, se oxida en exposición con el aire,  se puede mezclar con mineral y se debe mantener en recipientes herméticos. Se usa casi exclusivamente en automoción.
Son miscibles con amoniaco

Poliol éster

Es miscible con todos los refrigerantes CFC, HCFC y HFC, es miscible con el aceite mineral si no supera el 1% de este en la instalación si se emplea HFC. Si se emplea HCFC se puede mezclar mineral y base Ester al 50%. No es tan higroscópico como el alquibencénico, pero lo es más que el mineral.
Es miscible con CFC, HCFC y HFC
Si se mezcla con CFC o HCFC que son refrigerantes clorados, reacciona químicamente con estos de forma negativa, por lo que no es aconsejable su utilización con estos refrigerantes.
Evitaremos su inhalación y su contacto con la piel, pues puede provocar irritaciones

RELACION ENTRE REFRIGERANTES Y LUBRICANTES

Se establecen unas compatibilidades para refrigerantes y lubricantes de manera que no todos los gases refrigerantes pueden utilizar cualquier tipo de aceite. Para los refrigerantes más usuales establecemos que:

R 22         Aceites mineral, alquibencénico y poliolester.
R 134a     Aceite poli éster.
R 404A    Aceite poli éster.
R 407C    Aceite poli éster.
R 410A    Aceite poli éster.
R 417A    Aceites mineral, alquibencénico y poliolester.

Generalmente podremos aplicar en cuanto a compatibilidad la tabla siguiente:

Específicamente la compatibilidad entre aceites y refrigerantes es la siguiente:

NO C = No compatible
SI C = Si compatible
AB = Alquilbencenico
(1) = CFC (prohibido)
(2) = HCFC (alternativo)
(3) = HFC (definitivo)

MEDIDAS PARA GARANTIZAR EL RETORNO DEL ACEITE

La instalación de un separador de aceite resulta necesaria en los casos siguientes:
Cuando el evaporador se encuentra instalado a un nivel superior de la altura del evaporador.
Cuando el compresor este a gran distancia del evaporador
Cuando la disposición no permita un fácil retorno del aceite, por ejemplo. En linea de aspiración la existencia de bolsas, espiras…
En instalaciones con T de evaporación muy bajas.
El funcionamiento de un separador de aceite es el siguiente. El refrigerante que contiene en forma de neblina partículas de aceite pasa por una placa deflectora, el refrigerante reduce su velocidad. Las partículas de aceite chocan contra la superficie de las placas deflectoras y se escurren hacia el fondo. Cuando el nivel sube lo suficiente, actúa la válvula de flotador abriéndose el paso del aceite hacia el carter del compresor.
Los sifones los emplearemos en la línea de aspiración, que es donde se producen los problemas de retorno de aceite. El sifón es un recurso sencillo y de bajo coste que nos garantizará el arrastre del aceite hacia el compresor. Esta función la consigue el sifón cuando se va acumulando de manera progresiva aceite en su base reduciéndose su sección de paso, esta reducción origina un aumento de la velocidad, que a su vez origina el arrastre del aceite. La dimensión del sifón deberá ser lo más pequeña posible. Su empleo es imprescindible cuando el tubo de aspiración es ascendente
Si el evaporador se encuentra situado por encima del compresor, la gravedad será la causa que contribuirá al retorno de aceite, Sin embargo, deberemos colocar un sifón a la salida del evaporador con la finalidad de evitar la migración de refrigerante desde el evaporador al compresor en las paradas. En el supuesto de parar el sistema por baja, es decir mediante válvula solenoide  recogiendo el gas, este sifón no será necesario.

Si el evaporador se encuentra situado al mismo nivel que el compresor, deberemos tender la tubería con pendiente hacia el compresor, y se recomienda colocar un sifón a la salida del evaporador.

Con el evaporador por debajo del compresor, es difícil garantizar un buen retorno del aceite, por lo que deberemos instalar un sifón a la salida del evaporador. Si la diferencia de nivel es notable, deberemos instalar un sifón cada 3 metros.

Cuando la capacidad frigorífica del sistema es variable, el caudal de refrigerante en la tubería de aspiración dependerá de la demanda de potencia. Al funcionar el sistema a su máxima potencia, el refrigerante que circulará será el máximo. A medida que la potencia demandada disminuye, se va reduciendo de forma paulatina la cantidad de refrigerante en circulación. Al circular poco refrigerante y ser la sección de la tuberías fijas, su velocidad disminuirá ( V=Q/Sec.). Esta circunstancia origina que los vapores del refrigerante no puedan arrastrar al aceite. La solución a este problema será el utilizar la instalación de doble tubo. Cuando el sistema funcione a plena capacidad el refrigerante circulará sobre todo por el tubo de mayor diámetro. Al reducirse la capacidad y circular menos refrigerante, la velocidad  disminuirá, empezándose a acumular aceite en el sifón, al quedar el sifón sellado, obligando al refrigerante a circular por el tubo más delgado. Esto origina un incremento de la velocidad y un arrastre del aceite contenido en el sifón. La tubería de mayor diámetro se conectara a la aspiración por la parte superior, con el fin de evitar que cuando el sistema trabaje con capacidad reducida, el aceite por gravedad se acumule en este tubo.

Referente a las tuberías de líquido (unen el condensador con el evaporador), no existen problemas de arrastre de aceite, ya que el aceite y el refrigerante forman una única sustancia.

En las tuberías de descarga (unen el compresor con el condensador), el problema está en las paradas, cuando esta el compresor esta por debajo del condensador.

El aceite que cubre las paredes puede descender por gravedad al compresor, afectando a las válvulas de descarga y disminuyendo el rendimiento del compresor.

En el supuesto de que en las paradas la temperatura del compresor fuera inferior a la del condensador, podría descender refrigerante líquido al compresor.

La solución a estos problemas lo tenemos colocando un válvula de retención, y/o una válvula solenoide que corte el paso cuando pare el sistema, y/o colocando un sifón en la descarga del compresor.

La solución general para garantizar el retorno de aceite en cualquier caso expuesto anteriormente, está en la colocación de un separador de aceite a la salida del compresor (no es posible en compresores herméticos), de esta manera evitamos la salida del aceite del carter, por lo que evitamos el problema. De todos modos la eficiencia de los separadores no es del 100%, por lo que deberemos tener en cuenta además las otras soluciones. En los sistemas con amoniaco la utilización del separador es obligatorio ya que este no miscible con el lubricante.

EXTRACCIÓN E INTRODUCCION DE ACEITE EN EL SISTEMA

Extracción de aceite

Método de vacío

En casos de que el carter del compresor no posea orificio de purga, entonces deberemos aspirar el aceite del mismo. Realizaremos los pasos siguientes:

Se conecta la bomba de vacío a un recipiente

Desde el recipiente introduciremos una manguera (preferiblemente transparente) a través de un orificio hasta la parte baja del compresor.

Las entradas de la manguera al compresor y al recipiente deberán estar selladas para evitar la entrada de aire

Ponemos en marcha la bomba de vacío

El aceite circulará por diferencia de presión desde el carter hasta el depósito

Cuando hayamos extraído el aceite del carter  cerramos la llave de corte de la manguera, cerramos la llave del manómetro y paramos la bomba. La manguera de extracción se queda en la instalación

Método  usando la presión del refrigerante

Se cierra la válvula de aspiración del compresor, se pone en marcha este.  
Cuando el manómetro conectado en la aspiración  marque algo superior a 1 bares, se para el compresor y se cierra la válvula de descarga

Se conecta mediante un tubo transparente con preferencia el compresor con un recipiente.

Sellamos el orificio del compresor

Abrimos la válvula de aspiración

Al estar la línea de aspiración a una presión superior a la atmosférica y estar la válvula de descarga cerrada entra el aceite del evaporador, de la línea y del carter al depósito.

Introducción de aceite

Método  usando una bomba manual

Se conecta mediante una manguera la descarga de la bomba manual al orificio del compresor

El extremo de la bomba manual se introducirá en el depósito de aceite

Manipularemos la bomba manual hasta que mediante el visor del compresor comprobemos el nivel.

Método  usando una bomba de vacío

Conectaremos la bomba de vacío a la válvula de aspiración del compresor, estando las válvulas de aspiración y descarga cerradas.

A través del puente de manómetros vaciamos el compresor de gas refrigerante.

Conectamos una manguera desde el depósito de aceite hasta el carter del compresor.

Sellamos ambos orificios.

Ponemos en marcha la bomba de vacío, por lo que se empieza a producir el vacío en el compresor.

Se abre la válvula de corte, comenzado a fluir aceite desde el depósito al carter.

Una vez se tiene el nivel de aceite adecuado, se cierra la válvula de corte, se  cierra la llave del manómetro, se para la bomba, se cierra la válvula de aspiración del compresor, se desconecta la bomba a la válvula de aspiración. La manguera de llenado se queda instalada.

CONTROL DE ACIDEZ DEL ACEITE

Los lubricantes refrigerantes deberán estar exentos de acidez, los ácidos pueden destruir el aislamiento de las bobinas de los motores.
Los acidos se pueden producir por:

Presencia de humedad en el sistema. La mezcla de humedad, refrigerante, aceite, altas temperaturas puede provocar una reacción química  que genera ácidos corrosivos.

Quemadura del motor. Al quemarse las bobinas  se producen ácidos

Presencia previa de ácidos. Se produce al quemarse un compresor, cambiarse pero no tener en cuenta el estado del aceite.
La acidez se puede detectar mediante reactivos en la línea de líquidos.
Cuanto más oscuro sea el color del aceite, mas posibilidades tiene de tener acidez

TENDIDO DE TUBERIAS

EXTRACCIÓN E INTRODUCCION DE ACEITE

un saludo