¿Que son los Separadores de Aceite?

Introducción 

 

Desde los inicios de la refrigeración, es bien conocido el hecho que se requiere aceite para lubricar las partes móviles del compresor; ya que sin lubricación, el compresor simplemente no funcionaría o se dañaría rápidamente. Sabemos además, que el refrigerante es necesario para producir enfriamiento, y que la función del aceite es lubricar el compresor. En un sistema de refrigeración, lo único que debe circular es el refrigerante; sin embargo, para nadie es desconocido el hecho de que el aceite también está presente en todo el sistema. 

 

Por lo anterior, se dice que el aceite es un mal necesario en los sistemas de refrigeración, ya que es vital para la operación de los compresores, pero en el resto del sistema, es una fuente de problemas a considerar. Los compresores de refrigeración son lubricados con un aceite especial que va dentro del cárter del compresor, de allí éste circula a los cojinetes, bielas y las demás partes móviles mediante una bomba o por salpicadura en algunos tipos de compresores. Si el aceite permaneciera en el cárter, donde le corresponde, se eliminarían muchos problemas causados por éste en los sistemas de refrigeración. 

 

Cuando un compresor es puesto en operación se inicia su proceso de lubricación, y es casi imposible, evitar que parte del aceite sea bombeado junto con el vapor de refrigerante comprimido y que circule a través del sistema. Pequeñas cantidades de aceite no son dañinas, y de hecho, pueden ser benéficas al lubricar algunos accesorios como las válvulas. Sin embargo, en otros componentes como el evaporador, el condensador, el recibidor, etc., no es necesario ni deseable, y en grandes cantidades crea problemas, la mayor parte de los cuales pueden evitarse manteniendo al aceite donde le corresponde, en el cárter, por medio de un separador de aceite.

 

Definición 

 

El separador de aceite es un dispositivo diseñado para separar el aceite lubricante del refrigerante, antes que entre a otros componentes del sistema y regresarlo al cárter del compresor.

 

Problemas Causados por el Aceite

 

Antes de ver el funcionamiento de un separador de aceite, dónde va instalado y algunas recomendaciones, discutiremos los problemas que causa la presencia del aceite en cada uno de los componentes y en otros accesorios del sistema. La severidad de los problemas varía con el tipo de sistema y el refrigerante empleado; ya que el bombeo de aceite hacia el sistema, no es de consideración en equipos pequeños de media y alta temperatura, como son los refrigeradores domésticos y unidades de aire acondicionado de ventana, los cuales están diseñados para que el aceite sea regresado al compresor por el mismo refrigerante. En sistemas más grandes o de baja temperatura, la presencia de aceite es algo que no debe ser pasado por alto y se deben tomar las precauciones necesarias para evitarlo. 

 

Aquí deben considerarse si los componentes están muy distantes unos de otros o si las líneas son muy largas, si se trata de un solo compresor o es un arreglo de varios compresores en paralelo, la temperatura ambiente, etc. Los problemas con el aceite en los sistemas de refrigeración, generalmente están incluidos en una o más de las tres áreas siguientes: 

 

1. Dilución en el cárter. 

2. Retorno de aceite. 

3. Estabilidad. 

 

Cabe mencionar que algunos de los problemas con aceites de origen mineral, que eran más frecuentes en años pasados, en la actualidad son menos serios gracias a que los aceites para refrigeración han mejorado como resultado de la estrecha colaboración entre las industrias del

aceite y la de refrigeración.

 

Los aceites lubricantes modernos de origen mineral, se preparan especialmente para ser utilizados en sistemas de refrigeración, con un alto grado de refinamiento y en algunos casos, tratados con aditivos para mejorar la estabilidad. Esta mejora en la relación aceite-refrigerante dentro de los sistemas, se debe a un mejor diseño de los equipos de refrigeración, al progreso en el proceso de la refinación del aceite, y sobre todo, al mayor conocimiento de cómo se comportan los aceites en los sistemas de refrigeración. Como resultado del uso de aceites más estables, y con la ayuda de algunas protecciones como la ofrecida por los filtros deshidratadores, se han erradicado casi en su totalidad algunos de los problemas comunes causados por aceites de mala calidad; tal es el caso del “cobrizado”, los depósitos de barniz en la válvula y la línea de descarga, depósitos de carbón en los platos de descarga y la cera en las válvulas de expansión. Sin embargo, los problemas no han desaparecido por completo, y continúa la búsqueda para mejorar en la relación aceite-refrigerante. 

 

Para lograr una mejor comprensión de por qué es importante separar el aceite del refrigerante, antes que llegue a otros componentes, comenzaremos por ver las relaciones que existen entre estos dos compuestos. 

 

Relaciones Aceites Refrigerantes. 

La relación más importante entre estos compuestos es la miscibilidad, misma que se define como la capacidad que tienen para mezclarse. Los refrigerantes son miscibles con los aceites en diferentes proporciones, dependiendo del tipo de refrigerante, la temperatura y la presión. El refrigerante disuelto en aceite hace que éste ultimo sea más fluido, existiendo una relación directa entre el grado de fluidez y la cantidad de refrigerante disuelto. Los refrigerantes que son más solubles en aceite tienden a mantener el aceite más fluido, haciendo más fácil su acarreo a través del sistema. Con los refrigerantes menos solubles, el retorno de aceite es más complicado.

 

Además de su miscibilidad con los refrigerantes, los aceites tienen una gran afinidad con estos; es decir, los aceites atraen y absorben los refrigerantes. 

 

Otro aspecto muy importante de esta relación, es la forma en que afecta la viscosidad. Dependiendo del porcentaje de refrigerante en el aceite y de la temperatura, la viscosidad de la mezcla se ve disminuida. En las figuras 4.1 y 4.2 se muestran las viscosidades de la mezcla de R-12 con aceite 150 y 300, respectivamente. El número sobre la curva indica el porcentaje de R-12 en la mezcla y el resto es aceite; por ejemplo, la curva con el número 20, representa una mezcla de 20% de R-12 y 80% de aceite. Desde luego, la curva con el número 0 corresponde al aceite solo.

 

               

 

Relaciones Temperatura Presión Concentración. 

Cuando se mezclan el aceite y el refrigerante a una cierta presión y a una cierta temperatura, como sucede en el cárter del compresor o en cualquier otro punto del sistema, interviene otra variable: la cantidad de refrigerante disuelto en el aceite; es decir, la concentración, usualmente expresada en porcentaje de peso. En las figuras 4.3, 4.4 y 4.5 se muestran estas relaciones para los refrigerantes 12, 22 y 502, respectivamente. Con estas gráficas se puede tener una estimación de la cantidad de refrigerante disuelto en el aceite. Por ejemplo, en un sistema con R-22, cuando la presión de succión es de 60 psig, (figura 4.4) entonces la temperatura correspondiente de evaporación del refrigerante es de 1°C (34°F) y la temperatura de la mezcla refrigerante-aceite es de 50°C (122°F), por lo que la mezcla contendrá 8% de R-22 aproximadamente.

 

               

 

 

En seguida veremos algunos aspectos importantes de la relación de los aceites con los refrigerantes principales.

 

Refrigerante 12. Es completamente miscible con los aceites a cualquier temperatura y presión y en cualquier proporción. La mezcla de R-12 con aceite, forma una sola fase líquida en temperaturas tan bajas como -75°C. Esto significa que el aceite, puede mantener en solución una cantidad suficiente de R-12, y seguir conservando su fluidez a las temperaturas normales a que operan los sistemas con este refrigerante.

 

Refrigerante 22. Este refrigerante es menos soluble en aceite que el R-12, y bajo ciertas condiciones, su solubilidad puede ser tan baja y la viscosidad del aceite tan alta, que haya poca fluidez haciendo que el regreso del aceite al compresor represente un problema. A temperaturas entre -7 y 10°C se pueden formar dos capas, dependiendo del tipo de aceite y la cantidad presente del mismo (figura 4.6). 

 

 

 

Esta condición de dos capas se conoce como “separación de fases”, y puede existir en concentraciones de aceite desde 0 hasta 60%. La capa superior es una mezcla rica en aceite, pero con una cantidad considerable de refrigerante; la capa inferior se puede considerar como refrigerante puro, aunque en realidad contiene una pequeña cantidad de aceite. La capa rica en aceite está en la parte superior debido a que el aceite es menos denso que el R-22 y “flota”.

 

La figura 4.6 muestra las condiciones de temperatura y concentración para el R-22 y un aceite mineral de viscosidad 300 SUS. Fuera de la curva, son completamente miscibles y forman una sola fase líquida. Pero en cualquier punto dentro de la curva, existirá una separación de dos capas líquidas. Por ejemplo, a -20°C, la capa rica en aceite (superior) contiene aproximadamente 52% de aceite y 48% de R-22 punto "A", mientras que la capa inferior contiene aproximadamente 97% de R-22 y 3% de aceite, punto "B".

 

Esta separación es ocasional y nunca ocurre cuando el sistema está en operación, sólo surgirá cuando el compresor esté parado por períodos largos, y puede presentarse en cualquier punto del sistema.

 

Refrigerante 502. 

El comportamiento del R-502 es muy similar al R-22 en cuanto a la formación de dos capas, pero es aún menos soluble en el aceite. En realidad, es tan poco soluble, que las dos capas están siempre presentes a las temperaturas normales de operación de un sistema. Esta separación no se forma sino hasta a temperaturas de más de 80°C y, al igual que con el R-22, la capa rica en aceite es la superior. Por ejemplo, en la figura 4.7, a una temperatura de -40°C la capa rica en aceite contiene aproximadamente 17% de refrigerante, punto "A". A esa misma temperatura, la capa inferior contiene aproximadamente 1% de aceite, punto "B". Dado que con el R-502 la solubilidad con aceite en fase líquida es tan baja, la separación de capas y el regreso del aceite al compresor es un poco más fácil que con R-22.

 

 

 

 

 

Refrigerante 134a. 

Actualmente, con este tipo de refrigerante se tiene muy poca experiencia sobre su comportamiento en el campo. Los fabricantes de este refrigerante han hecho pruebas y han publicado algunas de sus propiedades termodinámicas y de comportamiento con algunos materiales.

 

El R-134a no contiene cloro como los otros refrigerantes (12, 22 y 502), por lo que tiene poca solubilidad con los aceites minerales y sintéticos existentes de alkil benceno. En la tabla 4.8, se muestra la solubilidad de este refrigerante con algunos lubricantes minerales y sintéticos.

 

Las aplicaciones con nuevos refrigerantes como el R-134a, han demandado el desarrollo de nuevos lubricantes. Las propiedades deseables para estos lubricantes son:

 

- Miscibilidad aceptable con el refrigerante, con o sin aditivos (idealmente de una sola fase en un rango amplio de temperaturas)

- Buena estabilidad térmica para la mezcla

- Compatibilidad con los materiales del sistema

- Baja toxicidad

- Disponibilidad comercial a un costo razonable

 

Con base en datos disponibles, parece que los lubricantes a base de glicoles de polialkileno (PAG), tienen las mejores propiedades para aplicación automotriz. Para las demás aplicaciones, se obtienen mejores resultados ya sea con lubricantes de poliol éster o PAG modificados.

 

Amoníaco. 

Este refrigerante no es miscible con el aceite; por lo que los sistemas con amoníaco, necesariamente deben utilizar separadores de aceite. De otra manera, se acumularían grandes cantidades de aceite en los componentes del sistema con los problemas consiguientes.

 

Como el aceite es más pesado que el amoníaco líquido, éste se asienta en el fondo. La separación es rápida, y en cierta forma es una ventaja, ya que instalando válvulas en la parte baja de los componentes del sistema, se puede drenar el aceite.