Tiempo de vida útil de la espuma formada en mezclas de refrigerantes R134a y R1234yf con aceite POE ISO10 cuando son sometidas a una caída de presión controlada

Abstract

Los sistemas de refrigeración por compresión de vapor tienen, entre sus principales componentes, un compresor el cual para su correcto funcionamiento necesita de un circuito de lubricación que transporta el aceite desde el cárter hacia los componentes mecánicos. En los sistemas actuales, a efectos de controlar la temperatura del ambiente a refrigerar, los compresores son apagados constantemente dependiendo del nivel de temperatura requerido; es decir, cuando la temperatura de la cámara disminuye debajo de lo necesario el compresor se apaga hasta que la temperatura aumenta por encima de lo requerido y el sistema vuelve a encenderse. Cuando el compresor se apaga, la presión del sistema se estabiliza a un nivel intermedio entre la presión del evaporador y la del condensador, esta condición origina que el refrigerante sea absorbido por el aceite presente en el cárter formando una mezcla líquida caracterizada por una temperatura y una concentración de refrigerante. Cuando el sistema vuelve a funcionar, la presión en el cárter disminuye rápidamente originando que el refrigerante, contenido en la mezcla líquida, cambie de fase y forme una capa de espuma, la cual trae problemas en el compresor y los demás componentes del sistema de refrigeración. En el presente trabajo, se realizó un análisis de los datos experimentales obtenidos en la bibliografía sobre el proceso de formación de espuma en mezclas R134a/POE ISO10 y R1234yf/POE ISO10, llegando a identificarse que dicho proceso consta de dos etapas principales: una etapa de crecimiento y otra de caída de la altura de la capa de espuma, las cuales se dan a velocidades distintas. Asimismo, se identificó que el fenómeno de formación de espuma se caracteriza por dos parámetros: la altura máxima de la espuma y el tiempo de vida de la espuma, y que dichos parámetros pueden ser controlados variando las condiciones iniciales de la mezcla (temperatura y concentración de refrigerante). Asimismo, se implementó un modelo matemático que permitió estudiar el fenómeno de formación de espuma en mezclas aceite – refrigerante, el cual a partir de la ecuación de conservación de masa permitió obtener la altura de la espuma formada a lo largo del tiempo de duración del fenómeno descrito. El modelo implementado, presentó errores diferenciados en cada una de las etapas de la formación de espuma. Durante el crecimiento de la capa de espuma, el modelo matemático presenta un error elevado durante los primeros segundos, donde la velocidad de crecimiento es alta, pero luego disminuye el error conforme se va alcanzando la altura máxima llegando a ser en promedio menor al 15%. Durante la etapa de caída de la altura de espuma, el modelo matemático tiene una buena precisión en los instantes iniciales cuando la velocidad de caída es baja, pero conforme la altura de la capa va disminuyendo de su valor máximo el error aumenta de manera constante llegando a ser en promedio mayor al 30%. En general, considerando la etapa de crecimiento y caída de la altura de espuma, el modelo matemático presenta errores, en su mayoría, menores al 20%, lo cual mejora la precisión de los modelos encontrados en la bibliografía. Finalmente, complementando los resultados, se realizó un análisis de sensibilidad de la altura máxima y el tiempo de vida de la espuma formada ante cambios en las variables de entrada del modelo.