¿Cuáles son las Aplicaciones de los Separadores de Aceite? 1

Aplicación de los Separadores de Aceite
 
Hasta ahora, la costumbre en nuestro país de instalar separadores de aceite, se ha limitado a sistemas de baja temperatura con refrigerantes halogenados. Poco caso se ha hecho a los problemas causados por el aceite en sistemas de media y alta temperatura. Sin embargo, por todo lo expuesto hasta ahora en este capítulo, nos damos cuenta de la importancia de instalar siempre un separador de aceite en sistemas de refrigeración comercial, industrial o aire acondicionado, ya sea con compresores herméticos, abiertos o semiherméticos. A continuación, se dan algunas recomendaciones sobre aplicaciones de separadores de aceite en diferentes sistemas.
 
Sistemas con Compresor Hermético
 
Los sistemas con compresor hermético son en los que menos se acostumbra el uso del separador de aceite, pero sobran las buenas razones para instalarlos. Primero, su contenido de aceite es generalmente menor que el de otros tipos de compresores, por lo que al emigrar el aceite al sistema, si no hay un pronto y adecuado regreso al cárter, en poco tiempo el compresor se quedará sin lubricación. Hay que recordar que los compresores herméticos trabajan a alta velocidad, generalmente a 3,500 rpm.
 
Los compresores de tipo hermético, no cuentan con una conexión para conectar el separador de aceite, por lo que el retorno de éste puede conectarse a una "T" previamente instalada en la línea de succión, cerca de la válvula de servicio. En la figura 4.20 se muestra la forma de instalar un separador de aceite, en un sistema con compresor hermético. La línea de succión deberá llegar de arriba hacia abajo para evitar formar una trampa de aceite.
 
          
 
Sistemas con Condensador Remoto
 
Cuando el sistema utiliza un condensador enfriado por aire de tipo remoto, el uso de un separador de aceite es indispensable por las siguientes razones: estos condensadores normalmente se instalan en las azoteas de los edificios, mientras que el compresor permanece en la planta baja, haciendo que la línea de descarga sea muy larga y tenga que ascender en forma vertical. Si la tubería no ha sido diseñada y calculada adecuadamente, se tendrán algunos problemas, tales como la pérdida de presión, reducción en la velocidad del gas, condensación del refrigerante cuando la temperatura ambiente sea baja, y regreso del aceite al compresor en los ciclos de paro.
 
La pérdida de presión junto con la reducción de la velocidad del gas de descarga, causan que el aceite se separe del refrigerante y escurra por la línea de descarga hacia abajo, durante los ciclos de paro del compresor, acumulándose en la válvula de descarga. De igual manera, el refrigerante condensado caerá por gravedad, acumulándose también en la válvula de servicio del compresor. Al arrancar de nuevo, el compresor actuará contra una presión hidráulica, pudiendo causar daños severos. Haciendo un buen diseño y cálculo del diámetro adecuado de la línea de descarga, se corregirán la reducción de velocidad y la pérdida de presión. La condensación del gas puede controlarse aislando la tubería, y el regreso del aceite al compresor, puede evitarse instalando trampas en la línea vertical. Pero aún con todo lo anterior, es altamente recomendable la instalación de un separador de aceite, para evitar un exceso de aceite en la línea de descarga, como se ilustra en la figura 4.21.
 
          
 
Sistemas de Recirculación de Líquido a Baja Presión
 
En este tipo de sistemas, la válvula de expansión alimenta el refrigerante líquido a baja presión a un tanque o acumulador, en lugar de alimentarlo directamente al evaporador, como se muestra en la figura 4.22. Algunas veces, se utiliza una válvula de expansión de tipo flotador en el lado de baja. El líquido a baja presión es luego recirculado al evaporador mediante una bomba. La mezcla de líquido y vapor de refrigerante que sale del evaporador regresa al tanque, en el cual se mantiene un nivel a través de un control de nivel de líquido. El vapor es succionado por la parte superior del tanque, y si el sistema no cuenta con separador de aceite, el tanque irá acumulando el aceite y, dependiendo de su miscibilidad con el refrigerante, se formarán una sola fase o dos capas. En esta última, la capa superior es la capa rica en aceite.
 
           
 
Para evitar que el aceite se acumule en el tanque, es indispensable instalar en el sistema un separador de aceite. Aunque esto evitaría un exceso de aceite en el tanque, algo de aceite logrará emigrar mezclado con el refrigerante hacia el tanque, en donde se separarán debido a que su miscibilidad disminuye con la temperatura, y esta pequeña cantidad de aceite flotará sobre el refrigerante líquido. Aunque esta cantidad de aceite es pequeña, después de un tiempo se acumulará una cantidad considerable, la cual deberá ser retornada al compresor. Para esto, es necesario hacer una conexión desde el tanque, en un punto justo en el nivel del líquido, hasta la línea de retorno de aceite, la cual debe pasar por un intercambiador de calor con la línea de descarga. De esta manera, si algo de refrigerante líquido se va con el aceite, éste se evaporará en el intercambiador. Se recomienda instalar una válvula de paso en esta línea.
 
Sistemas en Paralelo
 
El uso de compresores múltiples conectados en paralelo, es una opción atractiva que proporciona una gran flexibilidad de operación en sistemas grandes, donde se centralizan los compresores en una sola sala de máquinas. La capacidad del sistema puede modularse, arrancando o parando algunos compresores individualmente. Debido a la necesidad de esta clase de flexibilidad, además de bajar los costos de operación y conservar energía, ha crecido esta aplicación de compresores en paralelo, principalmente en supermercados.
 
Este tipo de sistemas utiliza compresores múltiples con una línea de descarga y una línea de succión comunes. Sin embargo, los sistemas en paralelo tienen algunos problemas de operación potenciales. Uno de ellos, es el mantener el nivel de aceite correcto en el cárter bajo cualquier condición de operación. Durante períodos de carga baja, uno o más compresores del sistema en paralelo pueden estar parados, mientras los otros pueden seguir operando. Cuando se presenta esta condición, debido a las diferencias de presión y a la circulación de vapor de refrigerante a través de los compresores apagados, el nivel de aceite en el cárter de los compresores apagados puede disminuir, lo que provocaría que se disparase el interruptor de presión de aceite. Cuando esto ocurre, los compresores parados no arrancarán de nuevo cuando la carga requiera más enfriamiento. Para evitar que esto suceda, deberá instalarse un sistema igualador de aceite eficaz, como el que se muestra en la figura 4.23.
 
          
 
Este sistema utiliza tres componentes básicos:
 
1. Un separador de aceite para todos los compresores.
2. Un depósito de aceite.
3. Un regulador de nivel de aceite para cada compresor.
 
Generalmente, en un sistema normal, el aceite capturado por el separador es retornado al cárter del compresor. Pero en un sistema en paralelo, solamente se utiliza un separador para dos o más compresores; así que el aceite es enviado al depósito, el cual a su vez distribuye el aceite a los reguladores de nivel.
 
El depósito de aceite es un recipiente que contiene aceite de reserva, el cual le llega del separador. Es de esperarse que la presión alta de descarga llegue al depósito, junto con el aceite proveniente del separador. Después de un tiempo, puede acumularse suficiente presión que afectaría adversamente el ensamble del flotador y aguja en el regulador de nivel. Por protección, se instala una línea de ventilación desde la parte superior del depósito a la línea de succión. Esta línea permite que la presión en el depósito, sea aproximadamente la misma que la de la línea de succión y de los depósitos de aceite de los compresores. El depósito abastece aceite a los reguladores de nivel. Para esto, cuando sea posible, el depósito deberá estar ubicado arriba de los reguladores de nivel, para que el aceite sea alimentado por gravedad.
 
El regulador de nivel controla el nivel individualmente en cada compresor, mediante una válvula de aguja operada por flotador. Este retiene el exceso de aceite hasta que baja el nivel en el cárter del compresor, bajando el flotador y abriendo la válvula. El aceite proveniente del depósito será entonces admitido dentro del cárter, levantando el flotador. Cuando se alcanza el nivel correcto, la válvula cerrará, deteniendo el flujo de aceite en ese cárter en particular.
 
Sistemas de Etapas Múltiples
 
Cualquier sistema de refrigeración que contenga más de una etapa de compresión, es considerado como sistema de etapas múltiples.Estos sistemas se utilizan para alcanzar temperaturas muy bajas, cuando éstas no pueden alcanzarse con una sola etapa por razones económicas, o cuando la relación de compresión es mayor de 10:1, lo que dificultaría alcanzar las temperaturas de evaporación y condensación requeridas. Hay dos tipos de sistemas de etapas múltiples: el de doble etapa (compound) y el sistema en cascada.
 
Sistemas de Doble Etapa
 
En la figura 4.24 aparece un sistema de doble etapa (compound) típico, resaltando la instalación recomendada para control del aceite. Con estos sistemas se alcanzan bajas temperaturas en el rango de -30 hasta -60°C, utilizando dos o mas compresores conectados en serie. El de la primera etapa, es más grande que el de la segunda etapa, y el siguiente es más pequeño que el de la segunda, y así sucesivamente, debido a que los compresores de las etapas altas manejan un vapor de refrigerante más denso. El refrigerante descargado por el compresor de la primera etapa (comúnmente llamado «booster»), es succionado por el compresor de la segunda etapa; es decir, no hay condensación entre un compresor y otro. En lugar de eso, al vapor solamente se le baja la temperatura (sobrecalentamiento) utilizando un enfriador intermedio. 
 
          
 
En este tipo de instalaciones, generalmente se recomienda el uso de un separador de aceite para cada compresor, a fin de reducir al mínimo la cantidad de aceite en circulación. Tal como vimos al principio de este capítulo, la miscibilidad del aceite con los refrigerantes, depende de la temperatura y del tipo de refrigerante; a más baja temperatura disminuye la miscibilidad, y con algunos refrigerantes, el aceite se separa formando dos capas. También, si consideramos que la temperatura de congelación de los aceites minerales está entre -35 y -40°C, y la de los aceites sintéticos está en un rango de -35 a -50°C, el aceite se congelaría en el evaporador.
 
Algunas veces se utiliza un solo separador de aceite para todo el sistema, instalándolo en serie con el último compresor. En estos casos, se corre el riesgo de que el aceite que sale del compresor de la primera etapa, aumente el nivel en el cárter del compresor de la segunda etapa, y el primero tendrá problemas de falta de aceite. Para solucionar esto, el compresor de la segunda etapa deberá colocarse a un nivel más alto que el de la primera etapa, y a este último, deberá instalársele en el cárter un regulador de nivel accionado por flotador. La entrada de este regulador se conecta al cárter del compresor de la segunda etapa, al mismo nivel de la mirilla. De esta manera, cuando aumente el nivel de aceite en el compresor de la segunda etapa, fluirá por gravedad hacia el regulador de nivel y de allí al cárter del compresor de la primer etapa.
 
Sistemas en Cascada
 
Los sistemas del tipo de etapas múltiples, por lo regular, se utilizan para alcanzar temperaturas ultra bajas, generalmente menores de -45°C, las cuales no se podrían obtener con un sistema de una sola etapa, por las mismas razones que en los sistemas anteriores.
 
En una instalación de refrigeración en cascada, se utilizan dos o más sistemas de refrigeración, tal como se muestra en la figura 4.25. Los sistemas operan al mismo tiempo, y están interconectados de tal forma, que la función del evaporador del ciclo que trabaja a más altas presiones y temperaturas (primera etapa), es remover el calor del condensador del ciclo que opera a presiones y temperaturas más bajas (segunda etapa).
 
          
 
Normalmente, el intercambiador de calor que se utiliza para interconectar un sistema con otro (evaporador-condensador), es un evaporador de casco y tubos del tipo inundado, en el cual el refrigerante de la primera etapa circula por los tubos. Por lo general, se utilizan diferentes refrigerantes para cada etapa.
 
Debido a las bajas temperaturas a que operan estos sistemas, los problemas causados por el aceite son más críticos que en los sistemas de doble etapa, ya que el aceite puede congelarse en el evaporador de la segunda etapa. Es obligado el uso de separadores de aceite para reducir al mínimo la cantidad de aceite en circulación, y lo más recomendable es instalar un separador de aceite después de cada compresor.
 
Como son sistemas de refrigeración independientes, aquí no se presenta el problema de mantener el nivel de aceite en el cárter de cada compresor, como sucede en los sistemas en paralelo y en los de doble etapa. Si el evaporador de la segunda etapa es del tipo inundado, lo más probable es que el aceite se congelará y flotará sobre el refrigerante. Se recomienda hacer un arreglo para el retorno del aceite desde el evaporador al cárter del compresor, como se muestra en la figura 4.22. Con relación a esto, para la segunda etapa debe seleccionarse un aceite especial, con bajo punto de floculación.
 
Los separadores de aceite fabricados por Valycontrol, S.A. de C.V., tienen un mecanismo de válvula de aguja accionada por flotador que hace posible retornar 4,750 cm³ (c.c.) por minuto de aceite capturado al compresor, a una presión de 440 libras por pulg² (psig). Esto es indistintamente del tamaño del separador. Para las oleadas de presión se requiere un flotador más fuerte. Nuestro flotador es de acero inoxidable y soportará hasta 900 psig. El mecanismo de la válvula operará hasta 440 psig. El separador de aceite, tiene una presión de ruptura de 2,500 psig.
 
Las mallas de entrada y salida de nuestros separadores son de latón, con un área abierta de la malla igual a un mínimo de 13 veces el área del conector. Una placa entre las mallas de entrada y salida, evita que el aceite se proyecte directamente a la salida, lo que les aumenta la eficiencia.
 
Los separadores de aceite de Valycontrol, S.A. de C.V. son adecuados para cualquier refrigerante, excepto el amoníaco. Estos separadores son capaces de retornar un volumen de aceite relativamente grande al cárter del compresor, a través de la válvula de aguja. En las figuras 4.26 y 4.27 se muestran la proporción de retorno de aceite y la cantidad de aceite requerida para abrir la válvula, respectivamente, a diferentes presiones de descarga.
 
          
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