En un AC, ¿por qué una condición de bajo refrigerante hace que el evaporador, y/o la línea de succión, se congelen?
Se trata de la relación temperatura/presión, y cómo la presión afecta al punto de ebullición del refrigerante. A medida que la presión de un refrigerante aumenta, también lo hacen la temperatura y el punto de ebullición. Cuando la presión baja, la temperatura y el punto de ebullición también bajan. Los sistemas de aire acondicionado (y algunos de calefacción) aprovechan esto, para enfriar (calentar) el aire dentro de un edificio.
En un sistema normal, el compresor comprime el vapor de refrigerante. Esto hace que el vapor tenga una alta temperatura y una alta presión. El vapor caliente se mueve a través de los serpentines del condensador, donde parte del calor se transfiere al aire exterior. Cuando el vapor finalmente sale del condensador, es un líquido caliente. El líquido caliente se mueve a través de la línea de líquido, dentro del edificio hacia los serpentines del evaporador. Justo antes de que el refrigerante líquido caliente llegue al evaporador, es forzado a través de un dispositivo de medición. El dispositivo utilizado depende del sistema, pero los tubos capilares son comunes.
Cuando el líquido caliente es forzado a través del dispositivo medidor, la presión cae sustancialmente. La caída de presión hace que la temperatura y el punto de ebullición del líquido también bajen. Como el aire interior es forzado a pasar por las bobinas del evaporador, el refrigerante líquido frío de las bobinas absorbe el calor del aire. El calor hace que el refrigerante hierva, lo que lo convierte en un vapor de baja presión. Cuando el refrigerante llega al final del evaporador, es un vapor frío. El vapor frío viaja por la línea de succión y vuelve al compresor donde el ciclo de refrigeración puede comenzar de nuevo.
Cuando el refrigerante en el sistema es bajo, la presión; y por lo tanto la temperatura, del refrigerante también será menor. En un sistema normal, la temperatura del refrigerante al principio del evaporador estará justo alrededor de la temperatura de congelación del agua (32°F). A medida que el aire interior se mueve sobre los serpentines fríos, la humedad del aire se condensará en los serpentines. Esta condensación goteará inofensivamente de los serpentines, y en el drenaje de condensado.
Cuando el refrigerante está bajo, la temperatura del refrigerante al comienzo de los serpentines del evaporador será más fría que el punto de congelación del agua (menos de 32°F). Debido a que los serpentines están tan fríos, la condensación que se forma en ellos se congelará. A medida que el hielo se acumula en los serpentines, restringe el flujo de aire a través de ellos. Debido a esta restricción, el refrigerante no puede absorber tanto calor del aire interior que se mueve sobre las bobinas. Esto hace que el refrigerante hierva más tarde en el evaporador, lo que hace que se forme más hielo a lo largo de los serpentines. Esta situación continúa progresando, hasta que todo el evaporador es un bloque de hielo. Una vez que esto ocurre, el refrigerante comenzará a hervir en la línea de succión. Esto hace que la temperatura de la línea de succión baje, y al igual que en el evaporador, causa que la condensación se congele.
Eventualmente la congelación se extiende hasta el compresor, que es donde realmente puede comenzar el problema. Si se permite que funcione en esta condición por mucho tiempo, el refrigerante líquido puede volver al compresor. Si esto sucede, el compresor puede dañarse.
También debe tenerse en cuenta. Una vez que el nivel de refrigerante cae demasiado bajo, el sistema deja de funcionar. Por lo tanto, este problema sólo ocurre en un “punto dulce”, donde el refrigerante es bajo, pero no demasiado bajo.
Primero un poco de fondo. El HVAC consiste en un circuito cerrado de refrigerante. En el exterior de su casa habrá un compresor y bobinas. El compresor comprime el refrigerante y el proceso de compresión obliga al refrigerante a emitir un exceso de calor que se agota en las bobinas. En el interior de su casa hay una unidad evaporadora con serpentines. El refrigerante pasa por una estrecha abertura en la que se expande por el otro lado como un gas (piense en una lata de aerosol). El proceso de conversión a gas absorbe el calor de las bobinas (que tienen el aire de retorno pasando por encima de ellas en su camino hacia los conductos).
Cuando los niveles de refrigerante se reducen, hay diferentes maneras de entender este impacto. He visto que se describe que hay menos refrigerante allí para absorber el calor de la casa y el circuito cerrado se enfría demasiado después de agotar el poco calor que se acumula en el exterior. Pero para mí tiene más sentido imaginar el efecto de la caída de presión en las bobinas del evaporador. Cuanto más cae la presión en esos serpentines, más extrema es la diferencia de temperatura a medida que el refrigerante se expande a un gas cada vez menos denso. Pero ten en cuenta que todavía tienes menos refrigerante moviendo el calor, así que mientras el refrigerante que permanece es más frío, también es menos eficiente.
Además, ese refrigerante de menor temperatura tiene una desventaja. Una vez que los serpentines caen por debajo del punto de congelación, la humedad del aire de retorno que pasa por los serpentines no sólo se condensa y sale por el drenaje de condensado (piense en un vaso de bebida fría en un día caluroso y húmedo, sus serpentines se ven así normalmente). En su lugar, esa condensación se congela hasta que se convierte en un bloque sólido de hielo y no puede pasar el aire. Este mismo problema puede ocurrir si haces funcionar tu CVAA cuando la temperatura exterior es demasiado baja, tanto calor es removido por los serpentines exteriores, que cuando el refrigerante corre a través del evaporador se pone por debajo del punto de congelación. Por eso es muy importante no sobredimensionar un CVAA para su casa, ya que enfriará el aire demasiado rápido y provocará la congelación, y funcionará durante períodos de tiempo muy cortos pero no eliminará la suficiente humedad debido a esos cortos tiempos de funcionamiento, dejándolo muy húmedo en el verano.