Comprendiendo la termodinámica en AC
Herramientas de buenas prácticas y su uso correcto
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Qué es la termodinámica y por qué te importa como técnico
La termodinámica es la base del funcionamiento de un aire acondicionado. Suena a teoría pesada, pero en realidad es algo sencillo: energía térmica en movimiento. Es un compuesto de dos palabras: térmica (calor) y dinámica (movimiento). Calor en movimiento, nada más.
Un refrigerante es una sustancia que absorbe grandes cantidades de calor en un lugar a presión y temperatura baja. A través de un compresor, se eleva esa presión y temperatura para expulsar ese calor en otro lugar donde no lo queremos. Ese es el caso de un equipo en modo frío. En el ciclo inverso, modo calefacción, el equipo absorbe calor del exterior, incluso a cero, dos o cinco grados centígrados, y lo inyecta al interior de la vivienda.
El refrigerante es prácticamente el protagonista del sistema. Siempre va acompañado de un lubricante que es miscible con él, es decir, se mezclan sin perder sus propiedades químicas. Entre las propiedades principales del lubricante están: estabilidad térmica para trabajar con temperaturas bajas y altas, estabilidad química para convivir con el refrigerante, buena fluidez, bajo punto de congelación, baja resistencia térmica para mayor transferencia de calor, alto punto de inflamación, y que sea dieléctrico para evitar arcos eléctricos dentro del sistema.
Vida útil de los equipos: lo que depende de ti
Un equipo de aire acondicionado convencional debería durar más de diez años, doce o trece años sin problema. Un equipo inverter, que no sufre los desgastes mecánicos y eléctricos de un convencional, debería estar trabajando sus veinte años sin ningún problema. En las sesiones anteriores se trató sobre buenas prácticas, uso de herramientas y procedimientos. Hoy, considerando que estamos haciendo las cosas de manera correcta, vamos a ver cómo garantizar la operación prolongada de estos equipos.
Los fabricantes diseñan los equipos para que, a determinada temperatura de laboratorio (generalmente 35 grados), entreguen cierta capacidad: doce mil, dieciocho mil, treinta y seis mil BTU. Pero una parte importante la dejan en nuestras manos como técnicos instaladores. Uno de los errores principales es que trabajamos en automático, nos volvemos autómatas porque pensamos que todos los aires son iguales. El cliente no lee los manuales de instalación, pero tampoco lo hacen muchos técnicos, y ahí está toda la información fundamental.
Espacios de instalación: donde empieza la termodinámica
Para que la termodinámica funcione correctamente, necesitas dejar los espacios adecuados tanto en la unidad interior como en la exterior. Esos quince centímetros mínimos sobre el techo en una unidad evaporadora no se están respetando. A nivel nacional hemos estado revisando y los espacios adecuados simplemente no se dejan.
En la unidad exterior, algo aparentemente tan sencillo como montar la condensadora sobre el techo o sobre una ménsula requiere dejar al menos dos metros entre otra unidad, una pared o un pretil alto. Si no dejamos esos espacios para expulsar el calor a través del abanico, el equipo no va a funcionar correctamente. Vas a tener pérdidas de entre un quince y un veinte por ciento en capacidad, y altos consumos de energía. De nada sirve instalar un equipo si la mala ubicación le quita rendimiento.
Muchos códigos de error son manifestaciones de problemas termodinámicos causados por mala ubicación. A veces andamos buscando el hilo negro cuando el problema es simplemente dónde pusimos las unidades.
Los tres tipos de calor dentro del sistema
Dentro del sistema existen tres tipos de calor. El calor por compresión es el que genera el compresor al estar trabajando. El calor por convección es el arrastre que hace la turbina en la parte superior del minisplit, jalando aire del cuarto a veintiséis, treinta o treinta y cinco grados para que cruce el serpentín y las aletas, haciendo evaporar el refrigerante. El calor por radiación es el que recibimos directamente de los rayos solares: entre menos exposición tengamos, menos calor adicional entra al sistema.
El principio de desplazamiento de calor funciona siempre de más a menos. El compresor tiene que elevar la presión y la temperatura del refrigerante para poder expulsarlo. En modo frío, si afuera hay cuarenta grados, el compresor tiene que elevar la temperatura del refrigerante cuatro, cinco o seis grados más que el exterior. Así garantizamos que el calor absorbido del cuarto se pueda ceder al ambiente.
Cambios de estado: condensación y evaporación
El refrigerante tiene dos cambios de estado: evaporación y condensación. En modo frío, la evaporación se da en la unidad interior y la condensación en la exterior. Si garantizamos los espacios adecuados, las ubicaciones correctas, un buen vacío, un buen torque y mantenemos la masa de refrigerante dentro del sistema, estos dos estados se van a llevar a cabo adecuadamente.
Dentro de estos cambios de estado manejamos dos tipos de calor. El calor sensible es cuando aplicamos calor al refrigerante sin que haya cambio de estado. El calor latente es cuando sí se presenta un cambio de fase, de líquido a vapor o viceversa. Son temperaturas de saturación. Es el esfuerzo más grande que tiene que hacer el refrigerante: se aplica mucha energía durante un trayecto del serpentín para lograr la conversión.
Si tenemos alguna obstrucción o limitamos el espacio en el evaporador o el condensador, el cambio de estado no se va a dar donde queremos. Eso nos afecta directamente en capacidad y en consumo. El cliente va a ver en su recibo de luz un consumo mucho mayor al proyectado.
Sobrecalentamiento y subenfriamiento: cómo medir que todo funciona
Las temperaturas de saturación se miden con manómetros. En un minisplit solo tenemos una válvula de baja presión. En modo frío, conectamos el manómetro azul y empatamos la presión con la temperatura que viene marcada en grados Fahrenheit en el mismo manómetro. Esperamos presiones por arriba de las cien libras, dependiendo de la temperatura exterior.
El sobrecalentamiento es el diferencial entre la temperatura de saturación (donde evapora el refrigerante) y la temperatura a la salida del evaporador. En equipos minisplit debe andar no menor a cinco grados Fahrenheit, idealmente entre ocho y catorce grados Fahrenheit. Lo que garantizamos con esto es que al compresor le llegue vapor sobrecalentado para que comprima correctamente y no tenga problemas futuros.
El subenfriamiento se mide en la válvula de alta. En un minisplit no tenemos esa válvula, pero en comercial ligero sí. El rango anda entre ocho y veinte grados Fahrenheit. Es el diferencial entre la temperatura de saturación del cambio de vapor a líquido (esperamos entre 350 y 360 libras de presión) y la temperatura a la salida del condensador.
Estas mediciones siempre deben hacerse con el equipo limpio, libre de obstáculos, y después de diez a quince minutos de trabajo para que se estabilicen las presiones. En un equipo inverter, recuerda que las presiones varían de acuerdo a la demanda de carga térmica. Tienes que ponerlo en modo de prueba, a presión constante, para poder hacer estas mediciones.
Otra medición complementaria es el delta T: los diferenciales de temperatura entre inyección y retorno en la unidad interior, o entre la entrada y salida de aire en la condensadora.
Gases no condensables: el enemigo silencioso
Uno de los problemas más frecuentes para que se den correctamente los cambios de estado es que al hacer malos vacíos se quedan gases no condensables en el sistema. Puede ser aire con humedad o nitrógeno residual de un barrido. Estos gases elevan la presión y la temperatura a la salida del compresor.
Los lubricantes de nueva generación, como el polioléster, son más higroscópicos: absorben humedad mucho más rápido. Por eso es tan importante llegar a esos 250 micrones de vacío y sostenerse ahí. El que manda la profundidad de vacío no es el refrigerante, es el lubricante.
Las fallas por mal vacío no se presentan de inmediato. El equipo nuevo funciona, trabaja, pero a los seis meses, al año, empiezan los problemas. Y como son compresores herméticos que no se pueden abrir, no hay forma fácil de verificar qué pasó adentro. La solución cuando sospechas contaminación: recuperar el refrigerante a un tanque recuperador (color gris con amarillo), pesarlo para saber cuánto quedó, hacer un buen vacío doble o triple, y cargar refrigerante nuevo con báscula.
No modifiques el diseño del sistema
Como técnicos, estamos obligados a no modificar absolutamente nada en un sistema de aire acondicionado. Nada. A veces por aventados decimos "le voy a cambiar la válvula" o "voy a hacer esto". Las tuberías de un cuarto, de media, de tres octavos, de cinco octavos no deben ser modificadas por ningún motivo. El equipo está diseñado para trabajar con una velocidad de refrigerante determinada, y en conjunto con el aceite, esas dimensiones entregan la capacidad que dice la etiqueta amarilla.
Extensión de tubería y ajuste de carga
Cuando vas a extender la tubería más allá de los tres o cuatro metros que trae el kit, necesitas agregar refrigerante: aproximadamente veinte gramos por metro en tubería de un cuarto y media (equipos de una a una y media toneladas), y entre treinta y treinta y cinco gramos por metro en tubería de tres octavos y cinco octavos.
Haz la prueba en tu taller: instala un equipo con cinco metros extra sin agregar refrigerante adicional, mide sobrecalentamiento y delta T. Después de veinte o veinticinco minutos, agrega los gramos correspondientes. Vas a ver cómo mejora la inyección, el diferencial de temperatura y el sobrecalentamiento.
La tecnología inverter es muy celosa con la carga de refrigerante. Un equipo de una tonelada trae apenas cuatrocientos gramos. Si le faltan solo cuarenta gramos (un diez por ciento), puedes perder hasta un doce o trece por ciento de capacidad, unos mil quinientos a mil seiscientos BTU menos. Pero si te pasas cuarenta gramos de más, puedes perder hasta un treinta por ciento de capacidad. Los serpentines están diseñados estrictamente para cierta cantidad de refrigerante. Por eso siempre necesitas báscula para el ajuste fino.
La distancia máxima de tubería en equipos Frikko es de doce metros. Puedes excederte un poco, pero no más de un cinco por ciento, porque se cae mucho la capacidad.
Trampas de aceite en instalaciones verticales
Si tienes distancias verticales mayores a cuatro metros y medio o cinco metros, siempre debes poner una trampa de aceite en vertical para garantizar el retorno del lubricante al compresor. Funciona como una trampa de agua: el aceite se acumula en esa cunetita hasta que la presión del refrigerante lo empuja hacia arriba. Si la tubería está oculta dentro de las paredes, hay que recomendarle al cliente hacer un corte y poner la trampa.
Preguntas frecuentes de la sesión
### Adhesivos para evitar fugas en tuercas
No uses teflón. Si un pedazo de teflón se va al sistema, puede dañarlo. Existe un líquido sellador, como un teflón en líquido, que se puede aplicar. Pero si haces torque con llave de torque y aplicas el sobre torque que indica el manual, no vas a necesitar ningún aditamento. Una microfuga se manifiesta en los primeros cinco minutos de vacío: si con vacuómetro no bajas de mil micrones, ahí está tu fuga.
### Manómetros compartidos entre R-22 y R-410A
No mezcles lubricantes. El aceite mineral del R-22 contamina el polioléster del R-410A y viceversa. Lo correcto es tener un juego de manómetros para R-22 y otro para R-410A o R-32. Si compartes mangueras, límpialas cada vez con nitrógeno o alcohol isopropílico.
### Cómo determinar cuánto refrigerante perdiste en una fuga
Recupera el refrigerante restante a un tanque recuperador y pésalo. Si de cuatrocientos gramos quedaron doscientos, perdiste la mitad. En gases puros como el R-32, puedes simplemente completar la carga. En mezclas como el R-410A, si la pérdida es mayor al diez o quince por ciento, forzosamente debes hacer carga nueva completa. En equipos pequeños de una a dos toneladas, la recomendación es recuperar todo y cargar de nuevo con báscula. Es más rápido que andar ajustando.
### Cómo diagnosticar una fuga
En un inverter, si la fuga es mayor al quince por ciento, el equipo te va a marcar código de error. En un convencional, sigue trabajando con lo que le quede. Para localizar la fuga, presuriza con nitrógeno a unas 350 o 400 libras (en sistemas R-410A) y revisa serpentines, condensador, tuberías y las uniones de cobre-aluminio.
### Limpieza del evaporador
No uses agua a presión para limpiar el evaporador. Lo recomendable es usar detergentes específicos y recircularlos con una bomba hasta que salgan limpios. En caso de un compresor quemado o un evaporador que estuvo expuesto a la intemperie sin tapones, usa un lubricante recirculado a través de una válvula recirculadora.
### Delta T esperado en minisplit
El diferencial de temperatura entre inyección y retorno en un minisplit debe andar entre dieciséis y veinte grados centígrados. Va a variar según la humedad relativa del ambiente: en zonas secas como Mexicali o Chihuahua el diferencial tiende a ser más grande, y en zonas húmedas se reduce. También depende de la velocidad del ventilador a la que estés midiendo.
Garantías Frikko
Las garantías son reales: ocho años en compresor, dos años en todos los componentes en comercial ligero, y un año en todos los componentes incluyendo tarjeta electrónica en equipos inverter minisplit de una, una y media y dos toneladas. Para hacerlas válidas, genera un folio a través de la aplicación Frikko Técnicos. La garantía se puede invalidar por falta de mantenimiento documentado.
