Antiguamente, en base a la experiencia, lo recomendable era seleccionar un filtro deshidratador que tuviera mayor cantidad de desecante de la necesaria, para efectuar la deshidratación y, en aquellas situaciones donde un solo deshidratador no era suficiente, era cuestión de instalar un segundo, y si se requería, hasta un tercero.
En la actualidad es muy fácil seleccionar un filtro deshidratador para que cumpla con el trabajo de secado, ya que la mayoría de los fabricantes de filtros deshidratadores publican en sus catálogos tablas de selección, en las cuales los clasifican de acuerdo a la norma 710 de ARI. Como ya sabemos, esta norma se desarrolló para proporcionar un método preciso de prueba, y además, especifica cómo un fabricante debe clasificar sus filtros deshidratadores. De esta manera, a los técnicos y fabricantes de equipos, se les facilita seleccionar un filtro deshidratador y pueden estar seguros que realizará el trabajo para el que fue seleccionado.
Algunos fabricantes en el mundo, entre ellos Valycontrol, S.A. de C.V., van un paso adelante de las normas de ARI, en el hecho de que no solamente publican los datos apegados a estas normas, sino que también hacen sus propias “Recomendaciones de Selección” para los técnicos. Por ejemplo, se hacen recomendaciones para equipos domésticos y comerciales, para fabricantes de equipos originales de refrigeración y aire acondicionado, y para ensamble y reemplazo en el campo. En estas recomendaciones se considera un exceso de suciedad en el sistema, lo que significa que el filtro deshidratador puede retener una cantidad considerable de suciedad, y aún proporcionar un flujo adecuado para mantener la capacidad del sistema.
El tamaño de un filtro deshidratador puede variar de acuerdo al sistema y al refrigerante que se utilice. Al seleccionar un filtro deshidratador para una instalación de cierto tamaño, nosotros podemos suponer que el filtro debiera ser más grande si el sistema es con R-22, a que si es con R- 12. Pero esto no es así, ya que si recordamos, de acuerdo a la norma 710 de ARI, el R-22 debe deshidratarse a un EPD de solo 60 ppm y el R-12 debe deshidratarse hasta un EPD de 15 ppm. Por otro lado, en el sistema con R-22, se requeriría circular menos cantidad de refrigerante que en el sistema con R-12, para obtener aproximadamente la misma capacidad. En conclusión, si las condiciones son similares, se requerirá un filtro deshidratador de mayor tamaño si el sistema es con R-12, que si fuese con R-22.
Si echamos un vistazo a las tablas de selección de filtros deshidratadores en el catálogo de Valycontrol, veremos que los diferentes modelos están clasificados de acuerdo a la norma 710 de ARI, pero además, aparecen unos datos de «Capacidades Recomendadas» tanto para fabricantes de equipo como para reemplazo en el campo. Si observamos, un cierto modelo de filtro se recomienda para una cierta capacidad cuando se instala en un equipo original, pero para un reemplazo en el campo, se requerirá instalarle uno más grande para que dé la misma capacidad.
Lo anterior, se debe principalmente a que un fabricante de equipo original, puede determinar el contenido de humedad dentro de sus equipos, haciendo esto más fácil seleccionar con precisión el tamaño de filtro deshidratador que debe instalar en cada unidad. Cuando se hace una instalación nueva, o cuando se repara un equipo en el sitio de trabajo, no hay una manera sencilla de que el contratista o el técnico determinen el contenido de humedad, a menos que se hagan complicados cálculos o pruebas de laboratorio. Debido a esto, lo más común es que se seleccione un filtro deshidratador con una capacidad algo mayor de la requerida; así, se tendría una cantidad adicional de desecante para retener el exceso de humedad que entrara al sistema, en caso de abrirlo por cualquier razón.
La clasificación de los filtros deshidratadores se hace bajo dos condiciones diferentes: primero, una clasificación de laboratorio, en base a condiciones de operación ideales; la segunda clasificación, se basa en una exageración de su funcionamiento a las condiciones reales en el campo. Como regla, la clasificación en condiciones de laboratorio, será más alta que las fijadas para uso en condiciones en el campo. Cuando se selecciona por capacidad, deberá usarse la clasificación del fabricante. La razón es que esta clasificación es más baja que la de laboratorio, y su uso asegurará que el filtro deshidratador sea lo suficientemente grande para cumplir con el trabajo. Todos los filtros deshidratadores seguirán la regla de que mientras más grandes son, más contaminación detienen. También sabemos que en los de mayor tamaño, la caída de presión es menor, y puesto que es necesario que los filtros deshidratadores mantengan una caída de presión baja, lo más sensato es, seleccionar un filtro deshidratador tan grande como el espacio y la economía lo permitan.
En el lado de baja del sistema, el proceso de selección es muy similar. Mientras son la humedad y las ceras lo que pueden detener el funcionamiento una válvula de expansión, el ácido y los contaminantes insolubles son los que pueden matar un compresor. En la línea de succión se debe seleccionar un filtro deshidratador más por su capacidad de filtración y remoción de ácidos, que para remover humedad. También deberá seguirse la regla de que mientras más grande mejor.
Otra opción en el proceso de selección de filtros deshidratadores, es entre los de tipo sellado y los recargables y se debe considerar también el tipo de sistema; es decir, si se trata de refrigeración doméstica, comercial, industrial o aire acondicionado, y si es de baja, media o alta temperatura.
En base a toda la información expuesta en este capítulo, hemos aprendido cómo poder calcular la capacidad de retención de agua de un filtro deshidratador, para un sistema y refrigerante determinados. Pero esto no es necesario hacerlo, ya que el fabricante ha hecho todos esos cálculos para que la selección sea simple. En el catálogo en las Tablas de Selección de Filtros Deshidratadores, aparecen los valores de las diferentes clasificaciones para cada modelo de filtro deshidratador. De cualquier manera, veremos algunos ejemplos de cómo calcular esa capacidad, y cómo seleccionar un filtro deshidratador.
Debido a la diversidad de modelos y aplicaciones de los filtros deshidratadores, y a que existen también una variedad de sistemas en cuanto al tamaño y temperaturas de trabajo, haremos un ejemplo representativo de cada uno.
Para la selección de un filtro deshidratador, generalmente
deben considerar varios parámetros de diseño.
1. Contaminantes presentes en el sistema
2. Presión máxima de operación
3. Temperatura máxima de operación
4. Humedad total en el sistema
5. Tipo y cantidad de refrigerante
6. Tipo y tamaño de sistema
Contaminantes
Esta información es necesaria para determinar el área de filtración total requerida
Presión de Operación
Se necesita esta información para determinar la mínima presión de ruptura requerida. Como ya se había mencionado, la presión de ruptura mínima requerida por un filtro deshidratador está dada por la norma 207 de Underwriters’ Laboratories (UL). Esta norma establece que la presión de ruptura, debe ser mínimo 5 veces la presión de trabajo (500 psi) o sea, 2500 psi (175 kg/cm²). Los filtros deshidratadores que fabrica Valycontrol, S.A. de C.V. cumplen ampliamente con esa norma.
Temperatura de Operación
Esta información sirve para determinar el tipo de desecante. Como ya se vio en el tema de desecantes, el tamiz molecular es generalmente el desecante de más aceptación para usarse en la línea de líquido, debido a su alta capacidad de retención de agua aún en temperaturas altas. La sílica gel se emplea con mejor resultado en la línea de succión. Si se va a utilizar sílica gel en la línea de líquido, se deberá emplear un volumen aproximadamente tres veces mayor. Algunas veces se emplean mezclas de estos dos desecantes. Esto es en lo que se refiere a la aplicación de desecante suelto.
La alúmina activada, generalmente no se utiliza sola. La mayoría de las veces se emplea combinada con tamiz molecular o con sílica gel y en forma de bloque moldeado, para darle a estos bloques, además de capacidad de retención de agua, la capacidad de retener ácidos y también mayor área de filtrado. De esta forma, se pueden instalar tanto en la línea de líquido como en la de succión.
Humedad Total del Sistema
Con esta información se determina la cantidad de desecante necesario para mantener la humedad en un nivel seguro. La norma 710 de ARI establece el método para comparar diferentes desecantes y filtros deshidratadores. Este método sirve más bien como una guía para pruebas de laboratorio. La experiencia ha demostrado que una manera más significativa para dar el tamaño a los filtros deshidratadores, es basándose en la cantidad de desecante, la capacidad del sistema y la cantidad y tipo de refrigerante. Es decir, el filtro deshidratador deberá tener el tamaño suficiente para mantener la humedad del sistema por debajo del nivel permitido, a la temperatura de operación.
Ejemplo 1. Cálculo y selección de un filtro deshidratador para refrigeración doméstica.
Datos:
Carga de refrigerante = 900 g
Tipo de refrigerante = R-12
EPD (Nivel de humedad en R-12) = 15 ppm
Temperatura de evaporación = -15°C
Humedad en el sistema* = 250 mg
*(dato del fabricante)
Nota: Para efecto de clasificación de filtros deshidratadores, su capacidad de retención de agua se expresa en gramos o en gotas de agua. Debe recordarse que 1g de agua = 20 gotas de agua.
Cálculos:
Primero debe calcularse la humedad total del sistema, para lo cual, todos los valores deben estar en las mismas unidades.
Peso del agua en el R-12 = 15 ppm = 15 mg de agua/kg de R-12
como son 900 g de R-12:
El agua total es: la del refrigerante más la del sistema =
0.0135 + 0.250 = 0.2635 g de agua.
De la tabla 1.1 podemos ver que el R-12 a -15°C retendrá 10 ppm a esta temperatura, el resto del agua (292.8 - 10 = 282.8 ppm) se congelará. Por lo tanto, el filtro deshidratador deberá ser capaz de remover 282.8 ppm de agua. Para calcular los gr de desecante requerido, expresamos la humedad en gramos y luego en gotas.
De la figura 1.4 tomamos los valores de la sílica gel y el tamiz molecular, que son 9% y 20.5% en peso, respectivamente. Aquí cabe mencionar que todos los desecantes al embarcarse, tienen algo de humedad conocida como "humedad residual". La máxima permitida de acuerdo a una norma industrial típica, es del 2%. Los datos de las tablas se refieren al desecante seco; por lo que a la capacidad de la tabla se le resta el 2%; así, la capacidad efectiva es 7% y 18.5%, convirtiéndolas a gotas de agua:
Lo que significa que cada gramo de sílica gel removerá 1.4 gotas. Haciendo lo mismo para el tamiz molecular, tenemos que cada gramo retendrá 3.7 gotas de agua.
La cantidad de desecante requerido para este sistema será:
Cualquiera de estos dos desecantes mantendrá el sistema dentro de un nivel seguro, pero no permitirá un factor de seguridad para las operaciones futuras. El factor de seguridad deberá ser determinado por el técnico. La recomendación general es, que para dar protección al sistema por muchos años, se utilicen de 10 a 15 veces la cantidad mínima requerida; esto es:
Sílica gel de 36 a 54 g
Tamiz molecular de 14 a 21 g
Finalmente, cabe mencionar que un filtro deshidratador con sílica gel que contenga entre 36 y 54 gms., sería demasiado grande y desproporcionado para un refrigerador doméstico, por lo que lo lógico sería utilizar un filtro deshidratador molecular. En la Tabla de Filtros Deshidratadores Domésticos del Catálogo de Valycontrol, vemos que el modelo T-20-4 contiene 20 g de desecante molecular, y nos sirve perfectamente para este trabajo.
Ejemplo No. 2. Cálculo y selección de un filtro deshidratador para un sistema de refrigeración comercial.
Datos:
Carga de 11 kg de R-12 con ø de 5/8" en la línea de líquido.
En este caso, no tenemos datos de la humedad residual del sistema, por lo que suponemos que los componentes están limpios y que el sistema completo fue cuidadosamente secado durante su ensamble. De acuerdo a la norma 710 de ARI, el contenido de humedad del R-12 antes de la deshidratación es 565 ppm., y el contenido de humedad después de la deshidratación es 15 ppm (tabla 1.14). La humedad residual en el refrigerante será:
(565-15) ppm = 550 ppm = 550 mg de agua/kg de R-12
Como son 11 kg de refrigerante, la humedad total será:
En el ejemplo No. 1 vimos que la sílica gel tiene una capacidad de retención de agua de 1.4 gotas por gramo de desecante, y el tamiz molecular, 3.7 gotas por gramo de desecante. La cantidad que se requiere de cada desecante es como sigue:
Procediendo igual para el tamiz molecular = 32.70 gr de molecular. Haciendo la misma consideración del ejemplo No. 1 del uso de 10 a 15 veces la cantidad mínima:
Sílica gel de 864 a 1,296 g
Molecular de 327 a 490 g
Viendo el Catálogo de Valycontrol, S.A. de C.V., la tabla de selección de filtros deshidratadores comerciales, observamos que no hay ningún modelo de filtro deshidratador con molecular y conexión de 5/8", por lo que, se deberá seleccionar uno de sílica gel. Los modelos T-750- 16 y T-1000-16 tienen ambos conexión de 5/8", pero uno tiene 625 g y el otro 850 gms. de sílica; por lo que el modelo que se deberá seleccionar es el T-1000-16 que es del tipo recargable.
Otra opción sería un filtro deshidratador del tipo sellado con bloque moldeado, que de acuerdo a la tabla de selección del catálogo, el modelo TD-165 tiene una capacidad de agua de 244 gotas, a un EPD de 15 ppm con conexión de 5/8".
Ejemplo No. 3. Cálculo y selección de un filtro deshidratador para un sistema de aire acondicionado.
Datos:
Refrigerante = R-22
Temp. de condensación =35°C
Carga de refrigerante = 35 kg
Aquí nuevamente, no tenemos datos de que haya humedad residual en el sistema, por lo que haremos las mismas consideraciones del ejemplo No. 2, en cuanto a que los componentes están limpios, y el sistema ha sido cuidadosamente secado durante su ensamble.
El contenido de humedad en el refrigerante se calcula de acuerdo a la norma 710 de ARI. Para el R-22, el contenido de humedad antes de la deshidratación es de 1,050 ppm, y después de la deshidratación es 60 ppm (tabla 1.14). Por lo que la capacidad de agua del filtro deshidratador que se va a usar será como sigue:
(1,050-60) X 35 = 34,650 mg de agua = 34.65 g de agua
Si esta capacidad la expresamos en gotas de agua:
35.65 X 20 = 692 gotas
Refiriéndonos a la tabla de selección de filtros deshidratadores para la línea de líquido, con R-22 en el catálogo de Valycontrol vemos que hay dos modelos que tienen la capacidad requerida, el TD-3-118 y el TD-3-138. La elección sería entre estos dos modelos, dependiendo del diámetro de la línea de líquido.
Si la humedad en el sistema excede el valor especificado por la norma de ARI, entonces deberá seleccionarse un filtro deshidratador con mayor capacidad de retención agua.
En este ejemplo no se calculó la cantidad de desecante porque, dado al tamaño del sistema, se recomienda instalar filtros deshidratadores del tipo recargable con bloque desecante. Como ya se mencionó, los bloques moldeados están fabricados con combinaciones de desecantes, por lo que es más complicado hacer este cálculo. La capacidad de retención de agua la calcula el fabricante, proporcionándola en su catálogo para que la selección sea más simple para los técnicos.
En sistemas con R-22 es más recomendable el uso de un filtro deshidratador en la línea de succión, adicional al de la línea de líquido, por la razón ya comentada de que con este refrigerante se obtiene la máxima capacidad de secado en la fase de vapor. En el caso particular de sistemas de aire acondicionado, también es recomendable el uso de filtros deshidratadores en la línea de succión para protección del compresor, el cual generalmente es del tipo semi-hermético o hermético.
Como fabricante de filtros deshidratadores, Valycontrol, S.A. de C.V., hace sus recomendaciones de selección con base en los datos técnicos más recientes que hay disponibles, y en la experiencia de más de 15 años de fabricar filtros deshidratadores del tipo de bloque desecante. En todos los casos, los resultados deberán ser satisfactorios con los modelos recomendados para los sistemas de refrigeración normales. Como se puede observar en el catálogo, se han considerado las diferencias entre las aplicaciones para sistemas de refrigeración comercial, congelación y aire acondicionado. En estos últimos, puesto que pueden armarse en el campo o ensamblados de fábrica, los modelos recomendados son diferentes para una misma capacidad por razón de que el fabricante cuenta con equipos e instrumentos de mayor precisión, que los que puede usar un técnico en el campo para hacer la instalación.
Valycontrol, S.A. de C.V. publica su propia selección de filtros deshidratadores, pero al final de cuentas, la selección correcta de un filtro deshidratador dependerá de las condiciones que se esperan para cada trabajo. Dentro del contexto económico, conviene considerar instalar en el sistema capacidad adicional de retención de agua y filtración.