Longitud de líneas y recomendaciones generales para tuberías de refrigerante

Los equipos de aire acondicionado y bombas de calor divididos requieren de ciertas especificaciones para su óptimo desempeño

Sergio A. Medina J.

Las unidades de sistemas divididos (condensador para aire acondicionado/bomba de calor) son un componente del sistema y requieren consideraciones especificas de aplicación, con particular atención para el resto del sistema (unidad manejadora de aire, diseño de ductos, tuberías de refrigerante y esquema de control).

La aplicación inapropiada de este equipo con el resto del sistema puede resultar en falla prematura, penalización del desempeño de la unidad o incremento de los costos operativos. Las coberturas de garantías especifican las exclusiones en fallas originadas por una aplicación inadecuada.

• Muchos problemas de servicio se pueden evitar si se toman las precauciones adecuadas para proveer limpieza interna y deshidratado al sistema, mediante el uso de materiales y procedimientos en conformidad con los estándares establecidos
• Las líneas deberán ser instaladas de tal forma que no obstruyan el acceso al servicio del serpentín de la unidad interior, manejadora de aire o filtros. Se tienen que instalar las líneas con la menor cantidad de dobleces que sea posible. Se deberán tomar precauciones para aislar las líneas de refrigerante de modo que la transmisión de ruido del equipo a la estructura sea mínima
• Nunca suelde las líneas de vapor y líquido juntas. Éstas pueden ser empatadas juntas para propósitos de conveniencia y soporte, pero deberán estar completamente aisladas entre sí
• Sujete las líneas de refrigerante a intervalos mínimos con los soportes adecuados

Imagen 1. Soporte de línea de refrigerante

• Encinte y suspenda las líneas de refrigerante como se muestra en la imagen 1
• No permita el contacto metal-metal
• En sistemas sólo frío, se debe considerar una inclinación de aproximadamente 2.5 centímetros cada seis metros en caída hacia la unidad interior para facilitar un adecuado retorno de aceite. Dado que el flujo de refrigerante es bidireccional en las bombas de calor, las tuberías horizontales tendrán que estar niveladas. Todas las líneas precargadas con exceso de tubo deberán ser embobinadas de forma horizontal en una ubicación discreta para evitar el entrampamiento de aceite. Nunca embobine la tubería excedente de forma vertical
• Usar codos de radio largo siempre que sea posible

a) Línea de líquido	c) Línea de vapor aislada
b) Tubería de PVC	d) Tapa (impermeable)
Imagen 2. Aplicación bajo tierra

• Usar tuberías de PVC como canalización para todas las instalaciones bajo tierra (ver imagen 2)
• Las líneas enterradas deberán ser lo más cortas para minimizar la posibilidad de que se deposite refrigerante líquido en las líneas de vapor durante los periodos largos de paro
• Compactar aislamiento de fibra de vidrio y material para sellado, como permagum, en los lugares donde las tuberías penetren por un muro para reducir la vibración y mantener algo de flexibilidad. Si se instalan líneas múltiples a través de un mismo ducto, cada línea deberá ser aislada
• Aísle todas las líneas de vapor con un aislamiento de espuma de hule de al menos ½” de espesor
• Las líneas de líquido que son expuestas directamente a la luz del sol o a altas temperaturas ambientales, como en un techo de lámina con plafón, también deberán ser aisladas

Guías adicionales que aplican a tubería instalada en campo

• Usar tubería de cobre rígida que no presente daños, dobleces u obstrucciones. Si se utiliza tubería flexible, se deberán tener los cuidados necesarios para evitar dobleces incorrectos que puedan causar restricción
• Suelde todas las conexiones cobre-cobre con soldadura de plata, aleación 95-5 o equivalente. No use soldaduras suaves
• Durante los procedimientos de soldadura, se debe hacer circular un flujo de gas inerte como el nitrógeno a través del sistema para evitar escoria por oxidación y contaminación

Trampas
No son requeridas si la tubería está correctamente dimensionada, sólo agregan una caída de presión al sistema, penalizando en la capacidad.

Unidad interior por encima de la exterior Con esta configuración, un problema común con el ciclo de refrigeración (tanto para unidades sólo frío, como heat pump) es que la cantidad de refrigerante líquido subenfriado varía de acuerdo con los cambios en las condiciones de operación (como temperatura del ambiente exterior). Bajo algunas condiciones, es posible que ocurra flasheo en la línea de subida de líquido.

En el caso de que sólo haya líquido en la línea de subida, la caída de presión de la línea de líquido podría ser calculada a ½ psi por cada pie de subida; sin embargo, tan pronto como inicia el flasheo, el rango de caída de presión se incrementa y continúa incrementándose, en relación directa con el aumento en la cantidad de gas. Por esta razón, las restricciones en las diferencias para esta configuración deberán basarse totalmente en las condiciones de operación.

Cuando la unidad interior está por encima de la unidad exterior, la caída de presión en la línea de líquido durante el ciclo de enfriamiento limitará la diferencia en la elevación permitida. Debido a que tanto la fricción como la columna de líquido contribuyen a la caída de presión, se puede determinar que la diferencia en la elevación permitida disminuye, así como la longitud total equivalente (horizontal más vertical) incrementa.

Unidad exterior por encima de la interior (CICLO DE ENFRIAMIENTO). Cuando la unidad exterior está por encima de la interior, la ganancia en la caída de presión estática en la línea de líquido vertical descendente (½ psi por pie) puede superar la pérdida de presión friccional, lo que resultaría en una ganancia en la presión total. La ganancia de presión en la línea de líquido no es perjudicial para el desempeño del sistema.

En los sistemas sólo frío, en donde la unidad exterior está colocada muy por encima del serpentín interior, el tamaño de la tubería de líquido puede ser reducido eventualmente. La ganancia estática en la caída vertical puede compensar el incremento en la pérdida por fricción causado por una menor tubería. Además de esto, la reducción en la carga total del sistema derivada de ésta optimizará la confiabilidad del sistema.

Con dicha configuración, la velocidad del gas en la vertical de vapor se deberá mantener por encima de 1 mil pies por minuto para asegurar un adecuado retorno de aceite y por debajo de los 3 mil pies por minuto para evitar problemas por ruido y vibración.

Ciclo de calefacción (SÓLO BOMBA DE CALOR). En el modo de calefacción, el líquido viajará de la unidad interior sobre la vertical de líquido hacia la unidad exterior. Esto resultará en una caída de presión en la línea de líquido y un serpentín de la unidad interior pobremente alimentado. Dado que las bombas de calor cuentan con un ciclo de deshielo, el congelamiento en el serpentín no es un problema. Sin embargo, la resultante de una baja presión de succión decrementará la capacidad y eficiencia del sistema.

LONGITUD TOTAL
La longitud total de la línea de tuberías que interconectan el sistema es la suma de todas las verticales y horizontales que corren entre la unidad interior y la unidad exterior. La longitud total de las líneas están limitadas.

El factor limitante en las bombas de calor es la capacidad de almacenamiento del acumulador. El factor limitante en las unidades sólo frío es la capacidad del colector de aceite del compresor.

Las longitudes totales equivalentes de las líneas deberán ser usadas únicamente cuando se calcule la caída de presión. Para calcular la longitud equivalente de los codos utilice la tabla 1.

DIMENSIONADO DE LAS LÍNEAS
Cada unidad de sistema dividido es embarcada con conexiones para las tuberías montadas de fábrica. Para sistemas divididos, la interconexión de las líneas de refrigerante se deberá adecuar a las conexiones de fábrica, a menos que la aplicación dicte tamaños de líneas diferentes, derivados de las caídas de presión, velocidad del refrigerante o longitudes de las líneas.

Para sistemas sólo frío, en donde las secciones de unidad interior y unidad exterior son instaladas en el mismo nivel de elevación, habitualmente las líneas de refrigerante pueden ser del mismo tamaño que los de las conexiones de fábrica. Hay excepciones para longitudes de línea totales que exceden los 75 pies, en donde las limitaciones en la caída de presión son excedidas.

En algunas aplicaciones, especialmente en las que existen diferencias de elevación entre las secciones interior y exterior, el diámetro de las líneas de succión y descarga puede ajustarse para controlar las variaciones de presión y asegurar el retorno de aceite al compresor. Cuando se dimensionan las líneas de refrigerante para unidades de enfriamiento de sistemas divididos, se deben considerar los siguientes factores:

1. Pérdida de presión en línea de succión debido a fricción
2. Velocidad de línea de succión para retorno de aceite
3. Pérdida de presión en línea de líquido debido a fricción
4. Pérdida (o ganancia) en línea de líquido debido a columna de líquido

El efecto que cada uno de estos factores tiene en el sistema de enfriamiento depende de la orientación de las secciones interior y exterior; por ejemplo, la unidad interior sobre la exterior.

La caída de presión en la succión reduce la capacidad del sistema en 1%, para R-22, y 0.6%, para R-410A, por psi. Esto puede ser un serio problema si las líneas de succión no están dimensionadas adecuadamente y la caída de presión es de 8 o 9 psi. De ahí que, para minimizar las pérdidas de capacidad y maximizar la eficiencia, la caída de presión en la succión deba ser minimizada. Esto se obtiene mediante el incremento en el tamaño de la línea de succión. Una buena guía es no permitir que la caída de presión exceda de 3 psi (5 psi para R-410A).

Otra consideración importante cuando se dimensionan líneas de succión es la velocidad del refrigerante en la vertical de succión. Una velocidad de al menos 1 mil pies por minuto es requerida para el correcto arrastre del aceite en la vertical de succión. Por supuesto, éste es un factor únicamente cuando la unidad exterior está por encima de la interior y el aceite tiene que ser empujado en contra de la gravedad para que pueda ser regresado al compresor. Mayores velocidades de refrigerante se pueden lograr disminuyendo el diámetro de la línea de succión. En aplicaciones en donde se requieren menores tuberías en la vertical de succión y mayores tuberías para minimizar la caída de presión, la vertical deberá ser dimensionada para alcanzar 1 mil pies por minuto, mientras que las horizontales pueden ser dimensionadas de mayor tamaño para minimizar la caída de presión.

Las líneas de líquido también se deberán dimensionar para minimizar el cambio de presión. El cambio total de presión en una línea de líquido es la suma de la pérdida causada por la fricción y la pérdida (o ganancia) debida a la presión estática de la columna de líquido en una línea vertical. Las caídas de presión de líquido reducen la cantidad de líquido subenfriado en un rango de 1 grado por cada 3 psi, para R-22, y 5 psi para R-410A. Se deberá mantener suficiente subenfriamiento en la válvula de expansión para una adecuada operación.

Si la caída de presión de líquido es suficiente para contrarrestar en su totalidad el subenfriamiento en el sistema, se puede presentar gas en la línea, lo que reduciría el flujo de refrigerante a través de la válvula de expansión del serpentín interior. Tan pronto como la evaporación inicia, la caída de presión se incrementa y continúa en proporción al aumento del monto de gas.

Se deberán tomar las precauciones necesarias en el dimensionamiento de la línea de líquido para minimizar la caída de presión y la carga del sistema. Las líneas de líquido deberán ser dimensionadas tan pequeñas como sea posible, sin exceder la caída de presión máxima recomendada. La velocidad máxima recomendada para una línea de líquido es de 400 pies por minuto. Velocidades por encima de dicha cantidad pueden provocar niveles de ruido más altos que los aceptables.

Uso correcto y erróneo del acumulador. Comúnmente, en las unidades de aire acondicionado, el uso de acumuladores en la línea de succión no es necesario si las tuberías del sistema son correctamente dimensionadas y se siguen todas las recomendaciones y precauciones de las guías.

Los acumuladores de refrigerante en la línea de succión sólo deberán utilizarse en sistemas donde puedan ocurrir regresos de refrigerante líquido al compresor. Los acumuladores son estándar para todas las bombas de calor, de modo que se evite el regreso de líquido al compresor cuando se hace el cambio de calor a frío, después del deshielo y durante la operación de calefacción en condiciones de ambiente bajo.

Si se aplican de manera incorrecta, los acumuladores de la línea de succión pueden albergar aceite o proveer protección inadecuada contra el regreso de líquido al compresor, particularmente si son bajo-dimensionados.

La dimensión de línea de succión del compresor nunca debe ser utilizada como referencia para el dimensionamiento del acumulador de la línea de succión. Tomar esta referencia resulta muchas veces en un acumulador bajo-dimensionado. Normalmente, el acumulador se dimensiona a no menos de 50 por ciento del total de la capacidad del sistema.

Se deben tomar consideraciones cuando se pretenda aplicar un acumulador en un sistema dividido. En una unidad, aproximadamente 80 por ciento de la carga del sistema se encuentra entre el compresor y el dispositivo de expansión durante la operación. Cuando el sistema se detiene, el refrigerante se queda entrampado entre la válvula check del compresor y el dispositivo de expansión anti drenado usado en todos los sistemas divididos. Durante periodos de paro prolongado, el refrigerante puede migrar al lado de baja del sistema, acumulándose en el serpentín del evaporador y las líneas horizontales de succión.

Si se ha determinado que un acumulador debe ser instalado, en la imagen 4 se muestra la posición adecuada del sistema con respecto a la línea de succión del compresor. En muchos casos, puede ser necesario elevar la unidad exterior para un apropiado acomodo de la tubería y el drenado en el acumulador durante el ciclo de apagado. No se recomienda el uso de acumuladores múltiples, ya sea en serie o en paralelo.

Si un acumulador ha sido instalado en un sistema y el compresor experimenta quemadura, éste deberá ser reemplazado. La contaminación derivada de un evento de quemadura bloqueará el orificio de retorno de aceite, restringiendo el retorno al compresor de reemplazo.

Criterio de dimensionado de la línea de líquido. Las consideraciones que deben ser tomadas en cuenta cuando se estén utilizando las cartas de selección relativas son:

•  Máxima caída de presión para R-22: 35 psig

•  Máxima caída de presión para R-410A: 60 psig

•  Niveles de incremento de carga

•  Velocidad máxima: 400 pies por minuto

•  Velocidad mínima: 100 pies por minuto

Carta de selección de la línea de líquido. Las cartas muestran los tamaños de línea que pueden ser seleccionados para los diferentes tonelajes de las unidades, la máxima longitud equivalente y la máxima vertical de la línea. La máxima longitud actual de la línea es de 200 pies. Las longitudes equivalentes de la línea deberán incluir los codos y los otros componentes que incrementarán la longitud equivalente.

Criterio de dimensionado de la línea de succión. Existen consideraciones que deben ser tomadas en cuenta cuando se estén utilizando las cartas de selección relativas:

•  Velocidad mínima de 1 mil pies por minuto, para líneas verticales, y 800 pies por minuto, para líneas horizontales. Esto garantizará retorno de aceite adecuado

•  Mínima caída de presión para minimizar la pérdida de capacidad

Cartas de selección de la línea de succión. Las cartas muestran los tamaños de línea que pueden ser seleccionados para los diferentes tonelajes de las unidades y el porcentaje de reducción en la capacidad del sistema debido a la longitud de la tubería. La máxima longitud actual de la línea es de 200 pies. Las longitudes equivalentes de la línea deberán incluir los codos y los otros componentes que incrementen la longitud equivalente.

Sistemas de refrigeración multietapa. Cuando se dimensiona la línea de succión de un sistema, ya sea con compresor scroll de dos etapas (residencial) o un sistema de refrigeración sencillo con compresor multietapas para reducción de la capacidad (comercial), siempre debe seleccionarse el tamaño de tubo mayor disponible para el mínimo tonelaje de reducción de capacidad.

Por ejemplo, para un sistema de tubería para 10 ton, con R-22 que reduce su capacidad a 5 ton, se debe seleccionar una línea de succión de 1 3/8”. Ésta es la de mayor tamaño para línea de succión de 5 ton.

Accesorios para líneas de longitudes largas

En caso de no venir montados de fábrica, todas las aplicaciones para líneas de longitudes largas deben tener algunos accesorios instalados:

•  Resistencia calefactora del cárter del compresor. La resistencia calefactora mantiene el depósito de aceite del compresor templado y previene la migración de refrigerante al compresor en el ciclo de paro

•  Dispositivo de expansión (TXV) antidrenado, en todos los serpentines interiores. Previene el paso de refrigerante hacia el lado de baja del sistema del evaporador en el ciclo de paro

•  Kit de arranque para el compresor. Es necesario para incrementar el torque de arranque siempre que se utiliza una válvula de expansión. Se requiere para vencer el diferencial de presión en el compresor

•  Unidades sólo frío. Requieren una válvula check en la línea de líquido cerca de la unidad de condensación. Es usada para bloquear el paso del refrigerante en la línea de líquido entre la TXV y la unidad de condensación para reducir la migración durante el ciclo de paro

•  Bombas de calor con orificio en el serpentín exterior. Requieren válvula check y válvula solenoide colocada en la línea de líquido para prevenir la migración durante el ciclo de paro.

•  Accesorio de evacuación. Requerido en aplicaciones comerciales cuando se encuentre disponible.