Definición
Un filtro deshidratador por definición, es un dispositivo que contiene material desecante y material filtrante para remover la humedad y otros contaminantes de un sistema de refrigeración (figura 1.10).
Valycontrol, S.A. de C.V. fabrica una gran variedad de deshidratadores para sistemas de refrigeración doméstica, comercial, industrial y aire acondicionado.
Descripción
La aplicación de los desecantes en los sistemas de refrigeración, se hace encapsulándolos en unos dispositivos mecánicos llamados filtros deshidratadores. Un filtro deshidratador está diseñado para mantener seca la mezcla de refrigerante y aceite, adsorbiendo los contaminantes líquidos disueltos, tales como humedad y ácidos; y también, para retener por medio de filtración todas las partículas sólidas que estén siendo arrastradas a través del sistema por la mezcla de refrigerante aceite. No debe haber ningún misterio asociado con la operación de un filtro deshidratador. Todas las funciones de diseño y compuestos que se integran para fabricar estos dispositivos, son conceptos claros y fáciles de entender.
El uso de los filtros deshidratadores en los sistemas de refrigeración, es la mejor manera de proteger los componentes en el muy probable caso de que estos contaminantes estuvieran presentes en el sistema, ya que la válvula de termo expansión, el tubo capilar y el compresor , son los componentes más afectados por los contaminantes.
Tipos de Filtros Deshidratadores
Toda la amplia variedad de filtros deshidratadores para refrigeración, se puede resumir en dos tipos: los que tienen el material desecante suelto, y los que tienen el desecante en forma de un bloque moldeado (figura 1.11). En los filtros deshidratadores de desecantes sueltos, la carga de desecante se encuentra en su estado original en forma de gránulos, y generalmente, se encuentra compactada por algún medio de presión mecánica (como la de un resorte) entre dos discos de metal de malla fina, o entre cojincillos de fibra de vidrio (figura 1.12). En los filtros deshidratadores del tipo de bloque moldeado, el bloque es fabricado generalmente por una combinación de dos desecantes, uno con una gran capacidad de retención de agua y el otro con una gran capacidad de retención de ácidos.
Las combinaciones de desecantes más comúnmente utilizadas en los filtros deshidratadores del tipo de bloque son: alúmina activada más sílica gel y alúmina activada más tamiz molecular.
En los del tipo de desecante suelto, generalmente se utiliza un solo desecante que puede ser sílica gel o tamiz molecular; aunque algunas veces se utiliza una combinación de ambos.
Tanto los filtros deshidratadores del tipo de desecante suelto y los del tipo de bloque, pueden ser desechables o recargables (figuras 1.12 y 1.13). Los desechables son totalmente sellados, y una vez que cumplen con su función de filtración se saturan de humedad, se desechan y se instala uno nuevo en su lugar. Los filtros deshidratadores recargables están construidos de tal forma, que se pueden destapar por uno de sus extremos para retirar el material desecante usado y limpiar los filtros, se coloca el desecante nuevo activado y se cierran.
En cuanto a sus conexiones, los hay soldables y roscados. Los soldables se fabrican en diámetros de conexiones desde capilar hasta 3-1/8" (figuras 1.10 "A" y "C"), y los roscados (tipo “Flare”) van desde 1/4" hasta 5/8" (figuras 1.10 "B"). Los metales que más se utilizan para la fabricación de los filtros deshidratadores son cobre, latón y acero; en estos últimos, las conexiones soldables son de cobre.
Su uso en general es en sistemas con refrigerantes halogenados y casi nada con amoníaco; ya que con este refrigerante la humedad no representa gran problema, y lo más común es el empleo de filtros únicamente. Los filtros deshidratadores pueden aplicarse en sistemas de refrigeración doméstica, comercial, industrial y aire acondicionado, en cualquier rango de temperatura.
Clasificación
La mayoría de los fabricantes de filtros deshidratadores publican tablas de capacidades y selección en las cajas o empaque de los mismos. Una información adicional y más completa se puede encontrar en las tablas de selección de los catálogos. En dichas tablas se listan datos tales como modelo, conexiones, cantidad de desecante, área de filtrado, capacidad de retención de agua, capacidad de flujo de refrigerante, recomendaciones de selección para cada tipo de refrigerante de acuerdo al tonelaje y la aplicación, y también las dimensiones.
Anteriormente, estas clasificaciones las hacía cada fabricante de acuerdo a sus propias experiencias, aunque la mayoría, sólo publicaban valores para competir pero que no eran los reales, sin siquiera probar y evaluar sus propios filtros deshidratadores.
Al ir progresando la industria de la refrigeración, se desarrollaron métodos adecuados para la comparación y evaluación de los filtros deshidratadores. Sin embargo, sólo se han desarrollado tres normas de clasificación, una para la capacidad de retención de agua, otra para la capacidad de flujo de refrigerante y otra de seguridad. Hasta que no se establezcan normas para las otras características importantes como capacidad de retención de ácidos, filtración, etc., los fabricantes proporcionarán sus propios datos de pruebas y evaluaciones, así como sus recomendaciones.
En la actualidad, se ha generalizado en todo el mundo la clasificación de filtros deshidratadores en base a estas normas. Valycontrol, S.A. de C.V. lo ha venido haciendo desde hace mucho tiempo, y es el único fabricante en nuestro país que lo hace. Estas clasificaciones deben ser consideradas en el diseño y fabricación de un filtro deshidratador, y su comprensión es de gran valor para el usuario, el fabricante de equipos, así como los técnicos de servicio. Como una ayuda para ellos, a continuación se describen brevemente en que consisten estas clasificaciones de los filtros deshidratadores.
Capacidad de Retención de Agua
La capacidad de retención de agua, es la cantidad de agua (en gotas o gramos) que el filtro deshidratador retendrá a una temperatura estándar y a una Sequedad en el Punto de Equilibrio (EPD) especificada para cada refrigerante.
Esta capacidad se mide por métodos descritos en la norma 710 del Air Conditioning and Refrigeration Institute (ARI), cuando el contenido real de agua no se conoce. Esta norma especifica las condiciones a las cuales se debe hacer la clasificación de los filtros deshidratadores, en lo que se refiere a su capacidad para deshidratar la mezcla de refrigerante y aceite (capacidad de retención de agua), la capacidad de flujo del refrigerante y algunas consideraciones de seguridad.
La norma 63 de ASHRAE también fija un procedimiento de prueba para determinar las capacidades de retención de agua y de flujo, para los filtros deshidratadores de la línea de líquido bajo ciertas condiciones.
Las temperaturas especificadas por esta norma son 75°F (24°C) y 125°F (52°C); ambas se refieren a temperaturas del refrigerante en la línea de líquido. Los EPD usados para cada refrigerante son:
Estos puntos de referencia fueron fijados arbitrariamente, para prevenir confusiones que surgieran de determinaciones hechas a otros puntos. Nótese que para establecer esta capacidad de retención de agua se consideran: el tipo de refrigerante, la cantidad de desecante y la temperatura.
La razón por la que se escogieron diferentes EPD para cada refrigerante es la siguiente: Refiriéndonos a la figura 1.7 a un EPD de 15 ppm, la capacidad del desecante para R-12 es de 6.2% y para R-22 es de 3.4% aproximadamen te; pero a un EPD de 60 ppm para el R-22 es de aproximadamente 7.5%. La razón por la que se usan diferentes EPD para el R-12 y el R-22, es debido a que el agua es más miscible en unos refrigerantes que en otros a una misma temperatura. Por ejemplo, de la tabla de la figura 1.1, vemos que a una temperatura de -20°C el R-12 puede contener disueltas 7.3 ppm como máximo; en cambio, el R-22 puede tener hasta 282 ppm, por lo que hay más probabilidad de una congelación con el R-12 que con el R-22. Así, es evidente que la capacidad de agua de un filtro deshidratador sólo significa algo cuando se refiere a un refrigerante en particular, a un cierto EPD y a una cierta temperatura. Es por esto que surgió la necesidad de establecer una norma, y así, surgió hace mucho tiempo la norma 710 de ARI.
Capacidad de Flujo
Es el flujo máximo de refrigerante líquido que permitirá un filtro deshidratador nuevo, a una caída de presión de 2 lb/pulg² (13.8 kPa) dada en toneladas por minuto. Esta clasificación se hace en base a las normas 710 de ARI y 63 de ASHRAE. Para filtros deshidratadores de la línea de succión, la capacidad de flujo se determina de acuerdo a las normas 78 de ASHRAE y 730 de ARI. Esta última, también da algunas caídas de presión recomendadas para la selección de filtros deshidratadores en instalaciones temporales o permanentes.
Debe observarse que la capacidad de flujo difiere, dependiendo del tipo y tamaño de conexión y de los componentes internos. La capacidad de flujo puede reducirse rápidamente, cuando el filtro deshidratador haya filtrado cantidades críticas de sólidos y semisólidos. La cantidad y el tiempo de cuando esto va a ocurrir, no se puede predecir y no está indicado en la norma de ARI. El filtro deshidratador deberá reemplazarse cuando su capacidad de flujo caiga abajo de los requerimientos de la máquina. En la tabla 1.17, se muestran las caídas de presión máximas recomendadas en la línea de líquido y en la línea de succión, a varias temperaturas y para diferentes refrigerantes. Nótese que hay mayor tolerancia cuando la instalación de los filtros deshidratadores es temporal (por ejemplo en limpieza de sistemas después de una quemadura) que cuando la instalación es permanente. Esto es con el propósito de aprovechar al máximo el filtro, dejándolo que colecte la mayor cantidad posible de contaminantes.
Debe recordarse que las capacidades de flujo están basadas en una situación ideal de un sistema completamente limpio.
Seguridad
La norma para esta clasificación, está basada en la presión de ruptura del cuerpo del filtro deshidratador. Todos los filtros deshidratadores para la línea de líquido fabricados bajo la norma 710 de ARI, deberán cumplir los requerimientos de la norma 207 de Underwriters’ Laboratories, Inc. (UL): “Componentes y Accesorios No Eléctricos para Contener Refrigerante”. Esta norma establece que la presión de trabajo segura (SWP) para un filtro deshidratador debe ser de 500 psi (35 kg/cm²), y la presión de ruptura debe ser como mínimo 5 veces la presión de trabajo; es decir, 2,500 psi (175 kg/cm²). Los filtros deshidratadores que fabrica Valycontrol, S.A. de C.V., cumplen con esta norma y están aprobados con el No. 20T4.
Para las demás características, hasta ahora no existen normas sobre las que se puedan basar los fabricantes de filtros deshidratadores para hacer su clasificación; por lo que cada fabricante hace sus pruebas y evaluaciones, y de acuerdo a los resultados, se dan algunas recomendaciones. A continuación, se mencionan el resto de las características.
Capacidad de Acidos
Todavía no se ha establecido una norma a seguir para determinar la capacidad de un filtro deshidratador para retener ácidos, sin embargo, existen dos métodos populares para medir la presencia de ácido en un sistema. Un método es mediante el uso del ácido oléico estándar, y el otro, es hacer una prueba en aceite de un compresor quemado. Ningún método es representativo de lo que realmente ocurre en el sistema, ya que sólo indican la presencia de ácido en mayor o menor cantidad, al igual que un indicador de líquido y humedad sólo indica la presencia de agua pero no la remueve. El contenido de ácido en el aceite de un compresor quemado es, con mucho, mayor que el que se puede encontrar en el resto del sistema, mientras que el ácido oléico no se encuentra en el sistema. Las pruebas en laboratorio y en el campo han mostrado que la cantidad de ácido adsorbido por un desecante, es muy cercanamente proporcional al peso del desecante. De aquí se puede hacer una comparación de la capacidad de un filtro para recoger ácidos, conociendo el peso de desecante utilizado.
Como ya se mencionó en el tema de desecantes, la alúmina activada tiene esta gran capacidad para adsorber ácidos. Los filtros deshidratadores del tipo de bloque moldeado que fabrica Valycontrol, S.A. de C.V., contienen un gran porcentaje de este desecante.
Remoción de Ceras
La habilidad de un filtro deshidratador para remover ceras y resinas, se vuelve más importante en aplicaciones de baja temperatura con R-22 o R-502. En un sistema con R-12 hay menos problemas de ceras, ya que el R-12 puede retener cera disuelta a mucho más baja temperatura que el R-22 o el R-502. Mientras las ceras permanezcan en estado líquido no causan problemas, pero a bajas temperaturas pueden solidificarse, y depositarse sobre los asientos de las válvulas.
No existe un método aceptado para clasificar la habilidad de un filtro deshidratador para remover ceras. En este caso, se realizaron pruebas con varios materiales, para ver sus características de adsorber ceras. Los resultados mostraron que el carbón activado de un tamaño de poro en particular, era el más eficiente para la remoción de ceras. El carbón activado no es un material desecante, pero debido a esa característica, se incluye en combinación con desecantes en los bloques moldeados que Valycontrol, S.A. de C.V. fabrica exclusivamente, con el propósito de utilizarlos en sistemas donde se tienen problemas de ceras, como es el caso de los sistemas donde ha ocurrido una quemadura al compresor.
Filtración
Como tampoco existe una norma a seguir para clasificar un filtro deshidratador por su habilidad de filtrar y retener material extraño, y mientras no se desarrolle una, la guía más simple es que la capacidad de filtración es proporcional a la superficie de filtrado. Esta superficie varía mucho con las marcas y tipos de filtros deshidratadores; por lo tanto, la capacidad de filtración también es variable. La superficie de filtrado es muy importante, puesto que el filtro actúa como tal en la línea de líquido para la mezcla refrigerante - aceite, y para la mezcla vapor de refrigerante y aceite en la línea de succión. A continuación se describen sólo algunos de los múltiples tipos de filtros deshidratadores.
Los de tipo de desecante granular suelto emplean diferentes medios de filtración, que van desde simples telas de alambre (cedazos) de latón o acero de entre 60 y 150 mallas por pulgada², a lana de acero, fibra de vidrio, fieltro y cartón (como el de los filtros de aceite automotriz). Cualquiera de estos elementos filtrantes que se emplee, se instala generalmente en el extremo correspondiente a la salida del flujo de refrigerante. Otra variante en este tipo de filtros deshidratadores, son aquellos en los que la superficie filtrante es un bloque de material inerte (cerámica) hueco, y dentro de éste se coloca el desecante. A excepción de este último, la superficie de filtrado de los filtros deshidratadores de desecante suelto, es pequeña en relación al tamaño del filtro deshidratador.
Los de tipo de bloque desecante moldeado, son diseñados de tal forma que la mezcla de refrigerante aceite, pase a través de una capa uniforme de desecante. Esto asegura una filtración uniforme si la porosidad del bloque es también uniforme. El bloque es mantenido en su posición generalmente mediante un resorte, el cual lo presiona contra un empaque que forma el sello en el extremo de la salida, forzando al refrigerante a pasar a través de un bloque. Por lo regular, se instala un filtro de seguridad después del bloque, y consiste de una tela de metal de 100 mallas por pulgada² o un cojín de fibra de vidrio. Este tipo de filtros deshidratadores ofrecen la máxima superficie de filtración que se puede obtener.
En cualquiera de los tipos, un filtro deshidratador debe ser juzgado por su habilidad para atrapar y retener grandes cantidades de sólidos, y al mismo tiempo, continuar proporcionando un flujo aceptable con una mínima caída de presión. Cualquiera de los filtros deshidratadores retendrá las partículas sólidas más grandes como rebabas, pero no todos protegerán contra los contaminantes solubles que pueden afectar la estabilidad química del sistema. No se ha publicado nada acerca del límite más bajo de tamaño de partículas, pero el fabricante debe advertir la capacidad de sus filtros deshidratadores para filtrar en el rango bajo de micrones. Los filtros deshidratadores de Valycontrol, S.A. de C.V. del tipo de bloque moldeado, en pruebas de laboratorio, retienen partículas del rango de 5 a 10 micrones (un micrón es una millonésima parte de un metro).
Mientras más grande sea la superficie de filtrado, más ampliamente se distribuirán los sólidos, y sólo se formará una capa muy delgada de material sobre la superficie del bloque. Si la superficie es pequeña, la capacidad de flujo se reducirá considerablemente con una pequeña cantidad de contaminantes, y el sistema no operará a su capacidad. Por el contrario, un filtro deshidratador con una superficie de filtración grande, al remover contaminantes sólidos, su capacidad decrece ligeramente. Por lo tanto, recogerá más contaminantes y seguirá manteniendo su capacidad de flujo. Sin embargo, como nadie puede estar seguro de cuanta contaminación hay en el sistema, siempre se debe seleccionar un filtro deshidratador con una superficie de filtración tan grande como el sistema lo permita.
Capacidad del Sistema
Esto aunque no está considerado en ninguna norma ni en ningún texto, es importante mencionarlo. Esta característica determina la capacidad más grande de un sistema de refrigeración o aire acondicionado, en el que se puede instalar un filtro deshidratador de un tamaño dado. La capacidad se refiere siempre a la conexión de mayor tamaño. Por ejemplo, si vemos la tabla de capacidades en el catálogo, la serie de filtros deshidratadores de 30 pulgadas cúbicas (TD-30), hay cuatro diferentes conexiones.
TD-303 = 3/8" flare
TD-304 = 1/2" flare
TD-305 = 5/8" flare
TD-307S = 7/8" soldable
La mayor capacidad de refrigeración en T.R. (toneladas de refrigeración) la tiene el de conexión de 7/8", TD-307 S. Los de conexiones menores, su capacidad se reduce única y exclusivamente porque de acuerdo a las prácticas normales de refrigeración, usualmente se instalan en sistemas que tienen menor capacidad de refrigeración. La tabla está basada en una extensa investigación de mercado, y muestra la relación entre la capacidad del filtro deshidratador y el tamaño del sistema en T.R.
El fabricante de filtros deshidratadores hace estas “recomendaciones de selección”, porque de acuerdo a las investigaciones de mercado, el contenido real de agua en un sistema raramente se conoce; en cambio, la capacidad en T.R. siempre es conocida. Por esta razón, adicional a su clasificación de acuerdo a normas, Valycontrol, S.A. de C.V. clasifica sus filtros deshidratadores de acuerdo a la capacidad del sistema en T.R. La mayoría de los técnicos se refieren a la capacidad del sistema en HP, en lugar de toneladas de refrigeración, por lo que Valycontrol, S.A. de C.V. también hizo una relación entre la capacidad de sus filtros deshidratadores y la capacidad del sistema en HP. Esta tabla se encuentra en el catálogo.
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