Efecto de los contaminantes en los sistemas de refrigeración

En los principios de la refrigeración mecánica, los sistemas no eran tan sensibles a los materiales extraños como lo son ahora.

Los sistemas modernos están diseñados para operar a temperaturas más altas, usando compresores que trabajan a mayor velocidad y que son construidos con espacios más reducidos. Bajo estas condiciones, los contaminantes pueden causar problemas serios y sobre todo, reparaciones muy costosas. 

En cualquier sistema de refrigeración, el refrigerante y el aceite recorren el circuito cientos de veces cada día. Si existen contaminantes dentro del sistema, éstos circularán con el refrigerante y el aceite y, tarde o temprano, se presentarán problemas como fallas en el funcionamiento de la válvula de expansión, obstrucción del tubo capilar o daños al compresor, ya que estos componentes son los mas afectados por los contaminantes. El refrigerante y el aceite deben mantenerse todo el tiempo limpios, libres de humedad o de cualquier otro contaminante. La mejor manera, y la única, de proteger estos componentes, es instalando filtros deshidratadores en el sistema. Esto es particularmente más importante con los motocompresores, en los cuales el embobinado del motor y las partes internas del compresor están expuestas a los contaminantes que pueda haber en el sistema.

¿Qué son los contaminantes? 

Los contaminantes son sustancias presentes en los sistemas de refrigeración, los cuales no tienen ninguna función útil y son dañinos para el funcionamiento adecuado del equipo. Pueden existir en cualquiera de los tres estados: sólido, líquido y gaseoso. Los contaminantes más comunes en los sistemas de refrigeración son: 

• Sólidos: Polvo, mugre, fundente, arena, lodo, óxidos de fierro y cobre, sales metálicas como cloruro de hierro y cobre, partículas metálicas como soldadura, rebabas, limaduras, etc... 

• Líquidos: Agua, resina, cera, solventes y ácidos. 

• Gaseosos: Aire, ácidos, gases no condensables y vapor de agua. Además del estado en que se encuentran, los contaminantes pueden clasificarse como orgánicos e inorgánicos y pueden ser solubles o insolubles en el refrigerante, en el aceite o en una mezcla de ambos. Los contaminantes inorgánicos son principalmente las partículas metálicas, óxidos, arena, sales, ácidos y gases no condensables. Los orgánicos están compuestos mayormente de carbono, oxígeno e hidrógeno, tales como resinas, ceras, fundentes, lodos, solventes, etc.

¿Cómo entran los contaminantes a los sistemas de refrigeración? 

Uno o varios de los contaminantes mencionados anteriormente, pueden de alguna manera introducirse al sistema durante un servicio, la instalación en el campo, su ensamble o inclusive durante la fabricación, aunque se hayan tomado las precauciones necesarias.

Algunos otros contaminantes se forman dentro del sistema como consecuencia del efecto de otros contaminantes, cuando el sistema está en operación y las condiciones son propicias.

Contaminación en equipos nuevos 

Algunos contaminantes permanecen en los equipos nuevos durante su manufactura o ensamble, debido a una limpieza deficiente; tal es el caso de la arena de fundición en los compresores. Grasas y aceites utilizados en el corte, estirado y doblado de tubos para la fabricación de serpentines. Rebabas, fundente y pasta durante el proceso de soldadura. Pedazos desprendidos de empaques de asbesto o hule y otros materiales.

Contaminación durante la instalación y servicio

Otros contaminantes entran al sistema durante su instalación o al efectuar un servicio, debido a la falta de conciencia o habilidad del contratista o del técnico. La unión o soldadura de tubos, si no se hace con cuidado, es la mayor fuente de contaminantes como: óxidos, rebabas, fundente, pasta y humedad. Esto se debe a no cortar los tubos con la herramienta adecuada, usar exceso de fundente y recalentar demasiado al soldar. También al cargar el refrigerante y/o aceite, cuando éstos no son de la calidad necesaria o no se han manejado apropiadamente, se pueden introducir junto con ellos contaminantes como humedad, aire y otros gases no condensables. Estos mismos contaminantes pueden entrar al sistema si existe alguna fuga en el lado de baja presión, cuando esta presión es negativa; es decir, menor que la atmosférica (vacío). Una vez dentro, estos contaminantes deben ser expulsados por medio de una bomba de vacío. Si el vacío no es el adecuado o si se hace con el mismo compresor, lo más probable es que queden cantidades suficientes de aire y humedad para causar problemas a los equipos.

Contaminación durante la operación

Los refrigerantes son solventes excelentes y al arranque del compresor, todos los contaminantes en el sistema son barridos y arrastrados a través de las tuberías hacia el cárter del compresor. La estabilidad química de un sistema se ve afectada por las altas temperaturas, siendo éste un factor que casi nunca se toma en consideración. Si el sistema está operando en condiciones anormales de presión y temperatura, y existe la presencia de humedad y aire, es casi segura la formación de otros tipos de contaminantes debido a la descomposición química del aceite o del refrigerante. Esto es más común con compresores herméticos y semiherméticos. Estos sistemas son pequeños reactores químicos comparables a los utilizados en plantas químicas; ya que tienen todos los ingredientes como calor, presión, reactivos (refrigerante, aceite, humedad y oxígeno), catalizadores (acero y cobre), óxidos (de hierro y cobre) y algunas veces, sales metálicas.

Los refrigerantes halogenados son compuestos muy estables; esto es, no se descomponen fácilmente con calor. En recipientes de acero (o el compresor) son estables hasta alrededor de 260°C, pero en presencia de sales metálicas u óxidos, su límite de estabilidad con respecto a la temperatura se reduce drásticamente. Si por alguna razón la temperatura de operación aumenta arriba de la normal, se produce una reacción química entre el refrigerante y la humedad llamada hidrólisis, produciendo ácidos clorhídrico y fluorhídrico y bióxido de carbono. 

También hay producción de ácidos en grandes cantidades cuando el aislamiento del embobinado del motor está dañado, generando chispazos y constantes arcos eléctricos. 

Está demostrado que por cada 10°C que aumente la temperatura del sistema, la velocidad de las reacciones químicas aumenta al doble. Los ácidos producidos se presentan en forma de gas cuando el sistema está seco, y son inofensivos, pero en presencia de humedad se vuelven líquidos y son altamente corrosivos. Por otra parte, los aceites minerales para refrigeración, aunque sean cuidadosamente refinados y seleccionados, se descompondrán bajo condiciones adversas en combinación con el refrigerante, aire y humedad. Los ácidos orgánicos que contienen los aceites son ácidos débiles e inofensivos, pero en presencia de sales metálicas y altas temperaturas, contribuyen a la descomposición del aceite mediante una reacción química llamada polimerización. Además, si hay aire en el sistema, la deterioración del aceite se acelera. 

El principal producto de la descomposición del aceite es el lodo. Los otros subproductos son resinas y barnices. La apariencia física de estos materiales va desde un aceite espeso, luego más denso como resina o goma, posteriormente espeso como lodo, y finalmente un sólido en forma de polvo. La reacción entre el aceite y el refrigerante también causará la formación de lodo y más ácido. 

La peor condición posible para la formación de grandes cantidades de ácido y otros contaminantes como carbón, es cuando se quema el motocompresor debido a la alta temperatura que alcanza, acelerando las reacciones químicas entre refrigerante, aceite y barniz del aislamiento del embobinado.

¿Cuáles son los efectos de los contaminantes dentro de los sistemas de refrigeración? 

Efectos de los contaminantes sólidos

Los contaminantes sólidos, principalmente las partículas metálicas, pueden causar en un sistema de refrigeración problemas como: 

1. Rayar las paredes de los cilindros y los cojinetes. 

2. Taponeo en el cedazo de la válvula de termo expansión o del tubo capilar. 

3. Alojarse en el devanado del motocompresor y actuar como conductores, creando corto circuito, o actuar como abrasivos en el aislante del alambre.

4. Depositarse en los asientos de las válvulas de succión o descarga, reduciendo significativamente la eficiencia del compresor. 

5. Tapando los orificios de circulación de aceite en las partes móviles del compresor, provocando fallas por falta de lubricación. 

6. Sirven como catalizadores (aceleradores) de la descomposición química de refrigerante y aceite. 

Aunque el aceite tiene alta resistencia dieléctrica, la presencia de partículas metálicas o humedad disminuyen esa resistencia, volviéndolo un conductor de corriente eléctrica, pudiendo causar falla o quemadura.

Efectos de los gases no condensables

Son un tipo de contaminantes frecuentemente encontrados en los sistemas de refrigeración. El que sean dañinos o no al sistema, depende del tipo de gas y la cantidad presente. Los químicamente reactivos, tales como cloruro de hidrógeno, atacarán otros componentes en el sistema y en casos extremos producirán fallas. Los que son químicamente inertes como el aire, el hidrógeno, el oxígeno, el bióxido de carbono, el nitrógeno, etc., que no se licúan en el condensador, reducen la eficiencia de enfriamiento. Su presencia contribuye a incrementar la presión de condensación y, por lo tanto, la temperatura, acelerando las indeseables reacciones químicas. 

El aire en particular, como ya se mencionó, incrementa la descomposición del aceite. Su presencia en los sistemas de refrigeración es debida a: 

1. Evacuación incompleta del sistema. 

2. Algunos materiales lo liberan o se descomponen a alta temperatura durante la operación. 

3. Fugas en el lado de baja. 

4. Reacciones químicas durante la operación del sistema. 

Los gases no condensables se eliminan purgando el sistema durante la operación, o creando un buen vacío antes de cargar el sistema con refrigerante.

Efectos de los contaminantes orgánicos

Como ya vimos, estos contaminantes son parcialmente solubles en la mezcla de refrigerante y aceite, pero pueden volverse completamente solubles mediante la acción del calor; por lo tanto, circularán por todo el sistema donde cada uno causará problemas en distintas partes, principalmente en la válvula de expansión o el tubo capilar. Como las resinas o ceras, que se precipitan a bajas temperaturas como las que se tienen en estos dispositivos, acumulándose en el orificio hasta obstruirlo.

Efectos de los ácidos 

Tal como se mencionó anteriormente, los ácidos, particularmente los inorgánicos, son más corrosivos en presencia de humedad. Atacan principalmente las partes metálicas de acero y cobre. Por ejemplo, el ácido clorhídrico (HCl) reacciona con estos metales formando las indeseables sales que sirven de catalizadores para otras reacciones químicas. El ácido fluorhídrico (HF), es aún más corrosivo, llegando inclusive a atacar al vidrio.

Otra parte del sistema donde los ácidos tienen un efecto deteriorante, es sobre el barniz aislante del alambre del embobinado del motocompresor, disolviéndolo y creando la posibilidad de un corto circuito.

Efectos de la humedad 

De acuerdo a todo lo expuesto hasta ahora, podemos darnos cuenta que la mayor parte de los problemas de contaminantes son debido a la presencia de la humedad en los sistemas de refrigeración. Por esto, se le considera mundialmente como el enemigo No. 1 de los sistemas de refrigeración.

Fuente: Manual Técnico de Refrigeración y Aire Acondicionado: Emerson - Climate Technologies