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CONFERENCIA DE BAXI SOBRE AEROTERMIA Y LA PROBLEMATICA DEL RS32

27 Grados

ERMITA DE SAN CAYETNO EN MONTEAGUDO. MURCIA

DETERMINACION DE LAS NECESIDADES TERMICAS PARA TUNEL CONGELADOS DE PES...

IMAGENES DEL PROCESO DE MONTAJE INSTALACION FRIGORIFICA PARA PROCESO SECADO

R407H, drop-in de reducido GWP del R404A, evaluación experimental

Durante estos últimos meses en el Grupo de Ingeniería Térmica (www.git.uji.es) de la Universitat Jaume I hemos estado estudiando el refrigerante R407H (GWP=1378) como sustituto drop-in del R404A (GWP=3945) en sistemas centralizados de expansión directa a baja temperatura. En concreto, hemos realizado medidas de consumo energético en nuestro pequeño supermercado en condiciones de laboratorio (25ºC, 60% HR) manteniendo el producto en una isla de congelados a -20ºC con temperaturas de condensación de 25, 35 y 45ºC, y hemos realizado ensayos energéticos durante el proceso de recarga parcial del sistema de R404A con R407H (Figura 1).

Respecto a las pruebas de recarga parcial (top-up test), realizamos recargas parciales del sistema con R404A con R407H, en proporciones de recarga en masa del 10, 20 y 30%. Solo para una proporción de R407H del 30% observamos incrementos del COP de hasta un 4.9% acompañados de un incremento en temperatura de descarga de 6.3K (Figura 2).

Respecto a la evaluación energética, hemos observado que el uso del R407H en lugar del R404A es favorable, ya que el uso permite reducir el consumo del compresor hasta en un 7.7% y del sistema en conjunto hasta en un 4%. Sin embargo, hay que destacar que medimos un incremento en la temperatura de descarga del compresor de hasta 13.8K (Figura 3).

En conclusión, podemos decir que el R407H es un buen alternativo al R404A, ya que ofrece una reducción del GWP del 65% y reducciones del consumo energético de compresor de hasta un 7.7%.

R404A/507 in MT and LT applications

A low GWP and Low Cost service solution for R404A/507 in MT and LT applications

The European F-Gas regulation EU517/2014 is upon us. Effective since 2015, the regulation is entering a new phase of accelerated phasedown of the HFC consumption within the EU28. Compared to the baseline year of 2015, a reduction step of 37% of available quota is set for January 2018. Even in 2017, the requirement that imported pre-charged equipment consumes quota will add pressure on available quota. Owners and operators of existing installations need to find urgently cost effective solutions to maintain their equipment and cooling service.

Who is at risk?

Industry studies have shown that the largest burden on the F-gas industry to reduce its CO₂ footprint will be carried by the commercial refrigeration sector. Especially impacted are systems running on high GWP refrigerants such as R404A / R507. According to EPEE's Gapometer study, 50% of existing R404A systems should be replaced or converted to a lower GWP refrigerant by January 2018 to meet this requirement.
This raises a huge challenge for our industry. Indeed, the race to retrofit these high GWP gases in commercial systems puts even more short-term pressure on quota availability. This fact, combined with further step-downs in F-gas quota means that the right choice of refrigerant is critical for initial retrofit and future service.

Choosing a Low GWP and Low Cost retrofit refrigerant - a 3-component choice

Cost Component 1: Lower the GWP

The F-gas cap and phasedown schedule for CO₂ equivalent quota will inevitably put increasing pricing pressure on each tonne of CO₂ required by the EU market. It is therefore essential that plant owners and operators get to the lowest GWP levels for an A1 refrigerant in their commercial refrigeration installations. Any refrigerant with a GWP greater than 1500 will see rapidly increasing cost pressure and may even require a second retrofit to lower GWPs in order to meet the cap and phasedown schedule.
R407H is an A1 classified refrigerant with a GWP <1500

Cost Component 2: The molecules

R407H is a mixture of R32 / R125 / R134a. It has been specially developed to enable a low-cost conversion of R404A and R507 systems without the need for expensive HFO components.
We at Daikin believe that the EU refrigeration industry will need HFO based solutions to comply with the F-gas regulation. Indeed, Daikin has a broad portfolio of HFO technologies. However, it is a fact that HFO molecules are more expensive to produce than traditional HFCs. We believe that the industry should only pay for HFOs or even more expensive solutions when absolutely necessary. For the replacement of most R404A / R507 MT and LT systems, R407H provides equivalent performance to HFO-based technologies with a GWP also below 1500.

Cost Component 3: Ease of retrofit & performance

In most cases, R407H can be used without major changes to existing R404A / R507 systems. R407H can be considered a "drop in" solution for many systems ². Studies have shown that R407H has an improved COP vs other HFO/HFC based replacement refrigerants and better cooling capacity than R404A.
We believe that multiple solutions will be necessary to meet the F-gas Regulation.
HFO based technologies will be a part of those solutions and Daikin's portfolio reflects these technologies.
However, for many A1 refrigeration applications where replacement of R404A / R507 is the greatest challenge for users and contractors, R407H can meet their F-gas needs by offering:

Lower GWP	<1500
Performance	equivalent or higher than R404A/R507
Lower cost	no need for more expensive HFO based blends
Ease of Retrofit	a drop in solution for many systems

Physical data ³

---

		R404A	R507	R407H
Chemical Formula		CHF2CF3 CH3CF3 CH2FCF3	CHF2CF3/ CH3CF3	CH2F2 CHF2CF3/ CH2FCF3
Molar Mass	kg/kmol	97.6	98.86	113.07
Boiling Point at 1.013 bar	°C	-46.2	-46.74	-44.7
Critical Temperature	°C	72.0	70.6	86.5
Critical Pressure	bar	37.29	37.1	48.5
liq. cp 4	kJ/(kgK)	1.542	1.539	1.585
vap. cp 4	kJ/(kgK)	1.221	1.225	1.176
Ratio cp/cv, vap. 4		1.37	1.38	1.36
Spec. density, liq. 4	kg/m³	1044	1048	1111
Spec. density, vap. 4	kg/m³	65.27	68.89	41.86
Enthalpy of vaporization 4	kJ/kg	140.26	136.45	199.02
Explosive limit in air 5	% v/v	N/A	N/A	N/A

² However, R407H cannot be considered a "drop-in" for every system. For example, due to R407H's higher discharge temperature compared to R404A / R507, measures such as liquid injection would need to be considered for discharge temperatures exceeding 80°C.
³ Thermo-physical data calculated by Refprop 9.0
⁴ sat. @ 25°C
⁵ T = 25°C, p= 1.013bar

DETERMINACION DE LA PRODUCCION FRIGORIFICA DE UN CICLO SIMPLE

el impacto de la fluorita en los refrigerantes

CHINA: Los enormes incrementos en el precio de un componente vital en la producción de HFC podrían aumentar la presión sobre los precios globales del gas refrigerante.
El precio de fluorita, el mineral del cual se produce el ácido fluorhídrico de HFC, ha alcanzado el máximo de los últimos cuatro años en China el mayor productor mundial de este mineral.
Los precios de la fluorita se han elevado casi un 40% desde febrero, lo que ha llevado a aumentos en China de alrededor del  60% en el precio del R22 y del R134a, un aumento del 130% en el precio del componente HFC R125 y un aumento masivo del 160%  en el coste del R32.
Los aumentos se atribuyen a las nuevas limitaciones medioambientales en China  en la minería de fluorita y en la producción de ácido fluorhídrico. Desde finales de 2016 la aplicación de la legislación ambiental de China se ha fortalecido significativamente. Como resultado, la producción de productos como  el ácido fluorhídrico, un producto químico altamente corrosivo, está ahora bajo la protección del medio ambiente y requisitos de seguridad.
China suministra más del 50% de la demanda mundial de fluorita, por lo que  es probable que haya mayores  incrementos sobre los precios de los refrigerantes, particularmente en Europa, donde la reducción de HFC ya está afectando los gases de elevado GWP.
Fuente: http://www.coolingpost.com/world-news/fluorspar-price-to-impact-refrigerants/

SENCILLO CALCULO CARGAS TERMICAS PARA CAMARA FRIGORIFICA USANDO LA APLI...

Enseñanza a Distancia FP 17/18

Índice de fluidez, su importancia real en la viscosidad de un pliímero

La viscosidad de un polímero tiene mucho que ver con el peso molecular del mismo y el peso molecular tiene una relación directa con su propiedades, por tanto la medición de la viscosidad se convierte en importante para determinar las propiedades de un plástico.

Esta relación de peso molecular y viscosidad es relativa, se pueden dar casos en que, añadiendo cargas o lubricantes internos, entre otros, en la formulación del plástico se puede modificar la fluidez o viscosidad de un polímero sin alterar su peso molecular.
El ensayo utilizado para medir la fluidez se realiza en un “plastómetro", aunque se está utilizando para determinar en algunos casos la procesabilidad de un material, inicialmente fue concebido para poder controlar el peso molecular debido a la relación entre peso molecular y propiedades. Por eso el 'shear stress' y el 'shear rate' en este ensayo es bajo porque la idea era controlar peso molecular pero no procesabilidad.
Peso molecular= gramos /mol MFR = gramos /10 minutos
La viscosidad de un plástico se mide por la fluidez del mismo a traves del indicador MFI, MFR, MVR, MVI.

Índices de fluidez, ensayo

En estos aparatos se introducen unos gramos de granza y se calientan a una temperatura normalizada en función del tipo de plástico. Después se le aplica una presión a través de unas pesas (también normalizada en función del material) y se observa y mide la cantidad de material fundido que la fuerza que ejerce la pesa aplicada hace fluir por un agujero calibrado de salida del material fundido.
Este valor obtenido es el índice de fluidez del plástico introducido en el aparato del ensayo.
Como resultado se obtiene cierta cantidad de material que fluye por el agujero de salida del plastómetro en una unidad de tiempo. Los valores de fluidez se expresan en centímetros cúbicos en 10 minutos, c3/ 10 minutos o en gramos en 10 minutos, g/10m.
El valor que obtenemos de fluidez y de viscosidad, es un punto de la curva que caracteriza la viscosidad del material ensayado en función del 'shear rate'. Es por tanto una foto fija del material en unas condiciones que ademas no son las del proceso de inyección.

Comparación de materiales

Debemos prestar especial atención a la comparación de la fluidez de dos o más materiales.
El ensayo del MFI es un ensayo que podemos denominar “estático" quiere decir que al polímero le aplicamos una 'shear stress' (peso) constante como input y el 'shear rate' es un 'output'. Es la consecuencia del esfuerzo aplicado a un material y de la viscosidad del mismo. Cuanto más rápido sale el material mas 'shear rate' estamos aplicando y viceversa. En estos ensayos los valores de 'shear stress' y 'shear rate' son bajos, tanto que normalmente estamos en la zona de la curva de viscosidad del material en la que el comportamiento del mismo es Newtoniano o casi Newtoniano.
Es evidente que al aplicar un peso, según norma del ensayo del indice de fluidez, la aplicación del esfuerzo sobre el plástico es un esfuerzo constante y de bajo nivel de cizalla. Nada que ver con el proceso de inyección donde aplicaremos un esfuerzo creciente y de mayores niveles de cizalla y deformación a través de la presión de inyección aplicada.
Cuando los plásticos son sometidos a los esfuerzos de deformación habituales en un proceso de inyección su comportamiento difiere del que se observa en el ensayo de fluidez estático de laboratorio. La declinación en la viscosidad puede ser muy diferente en estas condiciones de proceso también entre dos polímeros que tengan valores similares en el valor de fluidez en el ensayo de fluidez.

Como ejemplo, podemos tener un policarbonato de MFI 4g/10m y otro PC de 20 g/10 minutos.
Podemos intuir que el llenado de nuestro molde será mucho más fácil con el PC de 20 g/10m que con el de 4 g/10m ya que tiene 5 veces más fluidez, pero …… ¿será 5 veces más fácil llenar el molde?
Podemos estimar el 'shear rate' del ensayo con el que se obtuvieron estos indices de fluidez multiplicado el MFI por una constante de 2,2 'Shear rate' = MFI X 2,2
Esto nos da un resultado de 'shear rate' (con el 'shear stress' constante del ensayo de fluidez) para el primer PC de 8,8 scg -1 y para el segundo PC de 44 seg -1.
La viscosidad de estos dos materiales (según las gráficas de viscosidad /'shear rate') en valores de 'shear rate' del ensayo es de:
PC MFI 4 g/10m …… 3.400 Pa/sg-1, PC MFI 20 ……1.000 Pa/sg-. Esto es un ratio de diferencia de viscosidad de ambos materiales en condiciones del ensayo de 3,4:1
Cuando a estos dos PC les sometemos al 'shear rate' del proceso de inyección, supongamos que 10.000 sg/-1, el ratio de diferencia de viscosidad de ambos materiales se reduce a 1.25:1.
Hemos pasado de diferencia de viscosidad entre ambos materiales en condiciones de ensayo 3,4 a 1 a un ratio en la diferencia de viscosidad en condiciones de 'shear rate' de inyección de 1,25 a 1.Por tanto las viscosidades se ha aproximado en ambos materiales.
Naturalmente que el llenado sera mas fácil con el PC de fluidez 20 pero la diferencia no será realmente tan grande como indica el 'data sheet' cuando se apliquen los esfuerzos habituales del proceso de inyección
Entonces las diferencias de fluidez que vemos en el 'data sheet' son exageradas si las comparamos con las diferencias reales en fluidez que nos encontraremos durante el llenado real del molde. El motivo es que el 'shear rate' que se ha aplicado en el ensayo es:

• Bajo nivel de 'shear rate' si lo comparamos con el que se aplica en el proceso de fabricación
• 'Shear rate' diferente para ambos materiales al aplicar una carga constante con diferentes viscosidades de material.

Por tanto hay que relativizar las diferencias de valores del indice de fluidez entre lotes de materia prima, siempre que estas no sean exageradas, ya que a alto 'shear rate' estas se verán reducidas.

Puede darse el caso que si comparamos dos materiales puedan tener una viscosidad determinada en el ensayo de fluidez y al aplicar la cizalla y 'shear rate' del proceso de inyección, bien por morfología, por aditivos, etc. el material que en la ficha técnica es más viscoso, se comporte incluso de modo mas fluido y podamos llenar mejor un molde determinado. En la gráfica abajo podemos ver que el material con la gráfica de color rojo, inicialmente su viscosidad es más alta pero cuando se aplica cizalla su viscosidad declina mas que el material con gráfica de color azul, siendo más fluido finalmente en la gama alta de 'shear rates'.
Por eso, creer que controlando la fluidez del material en los diferentes lotes de material recibidos estamos asegurando la repetibilidad y la consistencia de nuestro proceso de inyección es no entender la relación entre viscosidad y cizalla. Hay aspectos mucho más importantes para este objetivo como son el Delta P y no trabajar con un proceso limitado por presión.

Entonces, si el MFI no es un valor importante para la procesabilidad, ¿para qué sirve y por que aparece en casi todos los 'data sheets' y en los certificados de calidad de los lotes de material? ¿Para qué sirve controlar el valor de MFI de los lotes de material recibidos?
Si asumimos que todo los demás factores son iguales, el índice de fluidez es un valor relacionado con el peso molecular y por tanto, con las propiedades del material.
Controlar el MFI es los lotes de material recibidos es útil para asegurar que el material tiene un correcto peso molecular y que ha sido fabricado dentro de un rango de pesos moleculares y que por tanto las propiedades de las piezas fabricadas serán las esperadas.
Controlar el MFI también de piezas fabricadas para compararlo con el MFI de la granza virgen es un buen ejercicio para valorar el nivel de agresión que ha recibido el material durante el proceso y que perdida de peso molecular ha sufrido. Es asumido que durante el proceso de inyección, el husillo, la cizalla o el calor, producen rotura de moléculas y por tanto, pérdida de peso molecular. Se considera aceptable un incremento del MFI del orden del 20% al 30%.

Reómetro capilar

Equipo de laboratorio que se utiliza para caracterizar la curva completa de la viscosidad en función de toda una gama de 'shear rates', este aparato si que nos aporta el comportamiento del material durante la aplicación de esfuerzos de deformación diferentes por tanto con 'shear stress' diferentes y en toda una gama de 'shear rate'. Podemos ver cómo se declina la viscosidad en función de una gama de 'shear rate' y a diferentes temperaturas.

Resumen

MFI es un ensayo realizado con 'shear stress' constante y bajo 'shear rate'.
Nos aporta tan solo un punto de la curva de viscosidades del material en función del 'shear rate'
El 'shear stress' constante hace que en función de la viscosidad del material testado, el 'shear rate' sea diferente entre materiales de diferente viscosidad
Cuando comparamos materiales hay que tener en cuenta que al aplicar valores de 'shear rate' habituales en el proceso de inyección las viscosidades se igualan, las diferencias son mucho menores que las que aparecen en las fichas técnicas.
MFI no es un factor que asegure que la producción será consistente entre lotes. Sí aporta repetibilidad en los pesos moleculares entre los diferentes lotes y por tanto propiedades del material en diferentes lotes.

IMAGENES DE INSTALACION FRIGORIFICA DESTINADA A CENTRO COMERCIAL Y SALAS...

COMPRESOR DE TORNILLO MYCON SEMIHERMETICO PARA AMONIACO CON DOBLE TORNIL...

SELECCION RAPIDA DE VALVULA EXPANSION TERMOSTATICA MEDIANTE COOL SELECTOR

SIMULACION DE TERMOSTATO DIFERENCIAL MEDIANTE LABVIEW

CREACION DE FIGURA EN MOVIMIENTO TIPO ESCADA CON LABVIEW

Aplicación de la termografía infrarroja a la observación y medición de flujos de aire

Application of infrared thermography to observation and measurement of airflows

Resumen

La termografía infrarroja, como herramienta de apoyo y obtención de datos para el mantenimiento o para la adquisición de elementos de valoración de la situación, tiene un gran potencial dado que posee una capacidad inmensa para apreciar el calor de las superficies de cuerpos opacos a la radiación infrarroja con gran precisión y altísimas sensibilidades (una cámara con una resolución de 320 x 240 píxeles alcanza a diferenciar en su imagen temperaturas de 0,05 °C). Esto hace que los conocimientos del proceso observado, capaces de explicar la presencia de temperaturas y/o patrones térmicos en la superficie del objeto inspeccionado, permitan la aportación de datos valiosísimos para la valoración de la situación de dicho objeto. En este artículo se propone un método para observar en tiempo real y sin grandes paramentas de humo y láseres la forma de un flujo de aire así como su temperatura a lo largo de dicho flujo en el caso de difusores por desplazamiento. Esto permitiría realizar tales mediciones directamente en las instalaciones y equilibrar velocidades, comprobar difusores, etc.
Palabras clave
Termografía, radiación infrarroja, flujos de aire, instalaciones, aire acondicionado.

Abstract

Infrared thermography, as a tool for supporting and obtaining data for maintenance or for the acquisition of elements of assessment of the situation, has great potential given that it has an immense capacity to appreciate the heat of the surfaces of opaque bodies to infrared radiation with high precision and high sensitivities (a camera with a resolution of 320 x 240 pixels can differentiate in its image temperatures of 0.05 °C). In consequence, the knowledge of the observed process, capable of explaining the presence of temperatures and/or thermal patterns on the surface of the inspected object, allows the input of valuable data for the assessment of the situation of that object. In this article we propose a method to observe in real time and without much smoke and lasers the form of an air flow as well as its temperature along that flow in the case of displacement diffusers. This would allow to carry out such measurements directly on the premises and to balance speeds, check diffusers, and so on.
Keywords
Thermography, infrared radiation, airflow, installations, air conditioning.
Recibido / received: 21.05.201. Aceptado / accepted: 28.06.2017.

Introducción

Los termógrafos definen la termografía infrarroja como la “ciencia” encargada de obtener y analizar la información térmica obtenida mediante dispositivos de adquisición de imágenes térmicas a distancia.
Es decir, se puede obtener información térmica a distancia de un cuerpo, lo cual ocurre gracias a que todos los sólidos emiten radiación infrarroja desde su superficie, siempre que se encuentren a una temperatura superior al 0 absoluto (0 K = -273 °C) cosa que afortunadamente ocurre siempre¹.
Actualmente, la termografía infrarroja es una herramienta de gran utili-dad en auditorías energéticas, edificación, electricidad, automatización de procesos, etc.
Gracias a la capacidad de ver y “fotografiar” la distribución del calor en una superficie, poder hacerlo a distancia y además poder medir la temperatura con alta precisión en cualquier punto de la imagen, esta técnica per-mite obtener gran cantidad de datos muy útiles para la detección de anomalías, el diagnóstico y el mantenimiento en todas sus tipologías (figuras 1 y 2).
Se puede decir que la termografía es una tecnología con un alto grado de madurez ya que se lleva investigando y desarrollando desde hace tiempo.

Figura 1. Aplicaciones en edificación. Anomalía detectada en un edificio. En el interior del mismo hay un foco de calor cercano a la pared. Ese calor se transfiere en parte al exterior. Fuente: elaboración propia.

Antes del año 1800, no se conocía la región infrarroja del espectro electromagnético. Fue Sir William Herschel, astrónomo real del rey Jorge III, quien descubrió por accidente la radiación infrarroja probando muestras de cristales de colores para reducir el brillo de la imagen del Sol y permitir así hacer observaciones solares. Determinó que algunas muestras dejaban pasar tanto calor que podían producir daños oculares.

Figura 2. Imagen de puentes térmicos en un edificio. Fuente: elaboración propia.

Repitiendo el ensayo de prismas de Newton buscando el efecto calorífico y mediante un termómetro con el bulbo oscurecido encontró que al llevar el termómetro más allá del extremo rojo del espectro, en la parte oscura, la temperatura y, por tanto el calor, seguían aumentando, de ahí el término de “infrarrojo”.
Tras este hallazgo se siguió investigando e incluso se obtuvo la primera imagen térmica; posteriormente se descubrió el bolómetro en 1880 (precursor del sistema actual de detección más extendido).
Ya en el siglo XX, el desarrollo por parte de la tecnología militar dio el último impulso para llegar a la situación actual en la que existen ya cámaras portátiles de resolución de 1.024 x 768 píxeles, con capacidad de grabar vídeo, etc.
Actualmente, dentro del espectro infrarrojo, que se sitúa aproximadamente entre los 0,7 μm y los 1.000 μm (como se aprecia en la figura 3), las cámaras termográficas trabajan en me-nor medida con la onda corta (de 2 a 5 μm) y en mayor medida con la onda larga (de 7 a 14 m aproximadamente¹).
Esto es así puesto que en el resto de frecuencias se producen en situaciones que no son de utilidad para la detección del calor como ocurre entre los 5 y los 7 μm, en los que la atmósfera es opaca a la radiación infrarroja y, por tanto, tan solo podríamos conseguir una imagen de la lámina de aire en contacto con la lente de la cámara, circunstancia que condiciona su uso en sistemas de ventilación. Su uso en este sector es el que ha motivado el experimento descrito en el presente artículo.
Pero, ¿por qué se pueden medir temperaturas con una cámara termográfica?
Como dijimos al principio, todos los cuerpos emiten radiación infrarroja desde su superficie siempre que su temperatura superficial sea mayor que el “cero absoluto”. Además, lo hacen en una cantidad determinada, relacionada directamente con la temperatura, lo que se manifiesta claramente en la ecuación de Stefan-Boltzman para la potencia emisiva superficial de radiación de un cuerpo negro²:

donde es una constante (5,67 x 10^-8 W/m²K4) y T_e es la temperatura de la superficie.
Teniendo en cuenta que un cuerpo negro es un emisor perfecto y que ningún cuerpo emitirá más radiación que él, la ley de Stefan-Boltzman habrá que corregirla en función de la capacidad real del cuerpo de emitir radiación:

donde es el factor de la emisividad, que es una propiedad de la superficie de los objetos que caracteriza la capacidad de emitir radiación a una temperatura determinada en comparación con un cuerpo negro y depende de varias propiedades de la superficie del cuerpo como el tipo de material, la estructura superficial, la geometría, el ángulo y la temperatura².

Figura 3. Espectro electromagnético del infrarrojo del que se destacan la banda de onda corta (SW) y onda larga (LW) de utilidad en termografía infrarroja. Fuente: Manual de nivel 1 de Infrared Training Center.

Figura 4. Imagen de la fachada de un edificio de viviendas en cuyo interior hay radiadores debajo de las ventanas. Fuente: página web de AETIR (Asociación Española de Termografía Infrarroja).

Figura 5. Inspección de paneles solares fotovoltaicos en los que se detectan células al comienzo de su deterioro. Fuente: Página web de AETIR (Asociación Española de Termografía Infrarroja).

Es decir, podemos relacionar directamente la potencia de la radiación emitida por el cuerpo con su temperatura superficial y, teniendo en cuenta que las cámaras termográficas lo que detectan es la radiación, conociendo la emisividad de la superficie del cuerpo observado, podemos medir temperaturas.

¿Y todo esto para medir temperaturas?

Sí, pero también mucho más.
Las cámaras actuales consiguen generar imágenes térmicas en las que cada píxel es una traducción a color de la cantidad de radiación que ha recibido la cámara en ese punto de la imagen, esto es, tenemos un “mapa de radiaciones” tan preciso cuanto más pequeños y abundantes sean los píxeles en la imagen, es decir, de su resolución.
Al final nuestro “mapa de radiacio-nes” acaba siendo un “mapa de patrones térmicos” o “mapa de distribución del calor” en la superficie de los objetos capturados en la imagen y esto aporta en multitud de aplicaciones una cantidad de datos importantísima que pueden ser muy útiles por sí solos o para complementar datos en otras técnicas de ensayo.
Es así como llegamos a las aplicaciones de la termografía, bien sea para medir temperaturas o para ver una imagen de la distribución de calor, donde esta ciencia proporciona conocimientos en todo tipo de sectores como detección de anomalías eléctricas, ensayos e información térmica en edificación, aplicaciones veterinarias y un largo etcétera².

¿Qué interés especial podría tener la termografía en la difusión del aire?

La distribución superficial del calor nos da una información relevante en cualquier sólido y para una infinita cantidad de procesos, pero ¿podría dar información de procesos relacionados con las corrientes de aire?
Ya hemos visto que las longitudes de onda con las que se puede trabajar en termografía son aquellas en las que la atmósfera (es decir, el aire) es transparente a la radiación, lo que supone que de forma directa mediante la toma de imágenes de los equipos de impulsión, retorno o difusión no es posible.
Sin embargo, en inspecciones termográficas de edificación y energía y, por tanto, en las que la detección de infiltraciones de aire tiene gran interés, es habitual la utilización de métodos indirectos para la visualización de pequeñas corrientes de aire de infiltración o exfiltración a través de grietas, juntas o rendijas.
Simplemente, el uso de un papel o cualquier material de alta emisividad situado de forma que la corriente de aire incida directamente en el mismo permite verificar la presencia de estas corrientes de aire.
Por tanto, con los elementos adecuados cabría pensar que es posible visualizar el flujo de aire que sale por un difusor y puede ser alternativa al láser y al humo que se usa actualmente permitiendo plantear metodologías para la detección de flujos de aire, su visualización y la medición de temperaturas en su recorrido³.

Figura 6. Difusor de baja velocidad similar al usado en el experimento. Fuente: Fabricante Trox.

La nueva aplicación

Recientemente, el profesor Fernández Gutiérrez, del Departamento de Ingeniería Mecánica, Térmica y de Fluidos de la Universidad de Málaga (UMA), consultando artículos científico-técnicos que apostaban por el uso de la termografía, ha realizado ensayos experimentales para cuantificar la temperatura de flujos de aire de sistemas de climatización a baja velocidad.
Estas referencias bibliográficas incluían experimentos en los que se medía la temperatura de un flujo de aire sobre una pantalla situada paralela a la dirección del propio flujo de aire que, en las condiciones adecuadas, era muy similar (por no decir igual) a la de la distribución del flujo de aire^4,5.
Efectivamente, si el aire es casi transparente a la radiación infrarroja para los equipos comercializados en general, la única forma de visualizar su flujo y medir su temperatura es de forma indirecta tomando imágenes de un cuerpo expuesto a la corriente de aire.

Figuras 7. En la imagen se marca el cambio en el perfil de temperatura. Fuente: elaboración propia.

Así pues, uno de los puntos clave del experimento fue encontrar un cuerpo que no alterara el flujo de aire significativamente y que tuviera una alta emisividad para medir temperaturas de forma precisa y sencilla, así como que estuviera hecho de un material que reaccionara rápidamente a la temperatura superficial, pero que no condujera el calor con mucha rapidez, lo que supondría una pérdida de información ya que la temperatura se homogeneizaría rápidamente en todo el cuerpo y no sabríamos su diferencia en distintos puntos del flujo.
Según las ecuaciones vistas, la fórmula que relaciona la temperatura y la radiación para cuerpos distintos a un cuerpo negro se ve corregida por un factor entre 0 y 1 llamado emisividad. Esto significa que un cuerpo con baja emisividad, por ejemplo 0,3, tendrá una capacidad de emisión del 30% en comparación con un cuerpo negro.
En el primer ensayo experimental se usa una cámara termográfica de 320 x 240 píxeles de resolución y un equipo de climatización al que se le acopló un conducto circular y un difusor por desplazamiento similar al de la figura 6.

Figura 8. Imagen del primer ensayo.

Figura 9. Esquema de disposición de la pantalla para el ensayo. Fuente: Elaboración propia.

La primera pantalla que se probó fue una plancha metálica lacada en blanco con un resultado bueno. Gracias a la pantalla de la cámara Flir serie T335 con frecuencia de imagen en su display de 30Hz, se pudo apreciar el movimiento del flujo de aire en tiempo real, incluso sus alteraciones en las capas más alejadas cuando la velocidad del aire era sensiblemente mayor.
También se pudo comprobar la facilidad para visualizar el flujo en materiales como papel o cartón, circunstancia esta coherente con la alta emisividad de dichos materiales.
Con esta primera aproximación para la visualización del flujo con distintos materiales se planificó la composición de la pantalla que utilizar en los ensayos.
El principal montaje experimental de difusión se trataba de un modelo a escala reducida de un difusor por desplazamiento con caudal y velocidad de aire variable, de forma que se pudiera medir el flujo y la temperatura del mismo. Todo el sistema se encontraba en una urna aislada del ambiente exterior para evitar alteraciones en el flujo. Como pantalla de visualización se utilizó cartulina negra dada su alta emisividad y de pequeño espesor para que no modificara el flujo.
La pantalla se situaba rígida y anexa al difusor, con el flujo de aire tangente a ambas caras y visualizando en una de ellas la modificación de la temperatura.
Con este sistema se disponía de una superficie cuyo comportamiento térmico sería de acción inmediata y con una superficie de alta emisividad que permitiera la medición de temperaturas con la mayor exactitud posible.
Se dispusieron termómetros en varios puntos de la zona ensayada para tener medidas de referencia con las que comparar las temperaturas obtenidas con la cámara térmica.
El experimento fue todo un éxito ya que no solo se podían visualizar las venas de aire de forma inmediata al comienzo de la impulsión, sino que se consiguió medir temperaturas con las imágenes térmicas con una precisión similar a la de los termómetros, con lo que se concluyó que se puede obtener la temperatura del aire en cualquier punto del flujo y, además, visualizar su forma tan solo con una pantalla y una cámara térmica.

Figura 10. Termograma del ensayo. Fuente: imágenes propias del ensayo para la medida de temperaturas de aire en sistemas de climatización a baja velocidad.

Figura 11. Fotografía del sistema de difusión de aire con humo y laser verde para visualizar el flujo.

Figura 12. (A) Visualización del flujo de aire con humo y láser. (B) Termograma con la cámara Thermacam. (C) Termograma con la cámara Flir. Fuente: elaboración propia. Comparación de imágenes.

Tabla 1. Variación de las temperaturas medidas con la PT 100 y con las imágenes termográficas. En este caso la variación oscila entre 0,9 y 1,3 ^oC.

Tabla 2. Variación de las temperaturas medidas con la PT 100 y con las imágenes termográficas. En este caso la variación oscila entre 1,1 y 1,4 ^oC.

Se probaron distintos caudales de aire y en todos los termogramas la forma del flujo coincidía con la visualización del humo. También se comprobó la fiabilidad de las temperaturas que se podían medir en los termogramas. Respecto a los puntos donde se situaron los termómetros, las temperaturas medidas con la cámara térmica sobre la pantalla difieren en +-2 ^oC de precisión, que es la que proporciona el fabricante de la cámara como precisión de lectura (no confundir con los 50 mK que tiene la cámara usada como sensibilidad térmica a 30 ^oC y que se refiere a la capacidad de asignar colores a los píxeles según su nivel de radiación).

Figura 13. Imagen termográfica para un caudal de 10 l/min. Fuente: elaboración propia.

Figura 14. Imagen termográfica para un caudal de 15 l/min. Fuente: Elaboración propia.

Figura 15. Imagen termográfica para un caudal de 20 l/min. Fuente: Elaboración propia.

Figura 16. Imagen termográfica para un caudal de 25 l/min. Fuente: Elaboración propia.

Tabla 3. Variación de las temperaturas medidas con la PT 100 y con las imágenes termográficas. En este caso la variación oscila entre 0,6 y 1,7 ^oC.

Resultados de los ensayos

Q = 10 l/min (tabla 1). En la figura 13 se pueden observar tres puntos que indican las temperaturas de referencia y también una línea horizontal en la base del difusor que indica cómo la temperatura aumenta a medida que nos alejamos.
Q = 15 l/min (tabla 2). En la figura 14 se pueden observar tres puntos que indican las temperaturas de referencia y también una línea horizontal en la base del difusor que indica cómo la temperatura aumenta a medida que nos alejamos.
Q = 20 l/min (tabla 3 y figura 15).
Q = 25 l/min (tabla 4 y figura 16).
Como podemos observar en la tabla 5 que se muestra a continuación, la diferencia de temperatura media menor la tenemos en la temperatura de impulsión 0,85 ^oC, por lo que consideramos bastante aproximada a la realidad la temperatura en la imagen termográfica, la temperatura del suelo, 1,27 ^oC, también está muy próxima a la realidad, la variación más alta la tenemos en la medida que nos indica la temperatura superior de la urna, 1,85 ^oC, esto se debe a que es la temperatura que permanece más inestable a lo largo del desarrollo del ensayo debido a las condiciones externas de la urna.

Tabla 4. Variación de las temperaturas medidas con la PT100 y con las imágenes termográficas. En este caso la variación oscila entre 0,8 y 2 ^oC.

Tabla 5. Variación media de temperaturas medidas con la cámara termográfica respecto a las temperaturas medidas con la PT 100 para los distintos caudales ensayados.

Conclusiones

Después de la realización de los experimentos y tras analizar los resultados obtenidos a través de las imágenes termográficas, se obtienen las siguientes conclusiones:
• La finalidad de este artículo es transmitir al lector la posibilidad de visualizar y medir de una forma sencilla y precisa el campo de temperatura del aire en aplicaciones como la ventilación, climatización, infiltraciones y exfiltraciones. Con la utilización de la termografía comprobamos que los resultados son instantáneos, ya que podemos ver la imagen en tiempo real, es fácil de realizar teniendo definidas las pautas y económico ya que solo necesitamos la cámara termográfica y una pantalla.
• Es posible visualizar el campo de temperatura del aire a través de una cámara termográfica y utilizando como pantalla una cartulina negra, cuya emisividad tiene un valor de 0,91. Cuanto más elevada sea la emisividad, es decir cuanto más cercana esté a la unidad, mejores resultados obtendremos en la medición de temperaturas y menor será el error.
• La diferencia en las mediciones indirectas de temperatura respecto a las directas, es decir, las medidas que realizamos a través de las imágenes térmicas y en comparación con las mediciones directas obtenidas por las sondas PT 100, está dentro de los parámetros previstos por el fabricante de la cámara, a pesar de la dificultad existente para obtener la temperatura exacta en los distintos puntos de la pluma de aire. Calificamos de aceptable la diferencia de 2 ^oC, dado que en difusión de aire no es una variación de temperatura importante sobre todo considerando la dificultad existente en identificar la pluma de aire para medir su temperatura, así como la precisión de los medidores disponibles en el mercado.
• Las posibilidades que abre esta solución al mayor conocimiento de la difusión de aire son amplias. Desde ideas tan sencillas como aportar datos técnicos y comerciales de los productos, acompañados de una atractiva imagen térmica, hasta mejorar los datos técnicos del comportamiento del aire impulsado y su temperatura para caracterizar el flujo de aire, lo que puede ayudar tanto a las ventas como al desarrollo de estos productos e incluso a su correcta instalación y diagnóstico de anomalías.
• En cualquier instalación, desarrollando una pantalla adecuada, se podría determinar con facilidad el estado de funcionamiento de cualquier difusor, ya que se sabría la temperatura del flujo de aire y con la imagen de la vena se podría estimar su alcance.

Bibliografía

1. Öhman, Claes (2014). Measurement in Thermography, Flir Systems and the Infrared Training Center. Sweden 2014 (ISBN 978-91-637-6802-6).
2. Vollmer, Michael and Möllmann, Klaus-Peter (2010). Infrared Thermal Imaging: Fundamentals, Research and Applications (ISBN 978-3-527-40717-0).
3. Experimental investigation of a new supply diffuser in an office room. Enero de 2009.
4. M. Cehlin et al. (2002). Measurements of air temperatures close to a low-velocity diffuser in displacement ventilation using infrared camera. Energy and Buildings, 24 (7): 687-698.
5. M. Cehlin, B. Moshfegh, M. Sandberg (2010). Numerical modeling of a complex diffuser in a room with displacement ventilation. Building and Environment, 45 (10): 2240–2252

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Important HVAC Regulations to Watch Out for in 2017

With the new administration in place, HVAC contractors across the country are awaiting to see how it will influence their work. The administration has repeatedly said that it intends to stop or withdraw some of the legislation which was set in motion during the previous mandate. And while it has made good on some of its promises — such as pulling the so-called 'blacklisting rule' — its standing on other rules currently remains unclear.
But even without the administration passing much new legislation concerning contractors, there are already a number of HVAC regulations that contractors need to keep in mind this year. Some have already went into effect while others will be rolling out soon. Below is a list of four regulations contractors should be aware of:

1. SNAP Refrigerants Regulation

Last year the requirements for handling ozone-depleting substances (ODSs) in Section 608 of the Clean Air Act were revised. As of January 1, 2017, technicians, operators, and owners of refrigeration equipment have been asked to comply with new rules.
These revisions have extended the already applicable requirements for handling ODSs such as chlorofluorocarbons (CFCs) and hydrochlorofluorocarbons (HCFCs) in air conditioning and refrigeration equipment to include substitutes such as hydrofluorocarbons (HFCs).
In terms of sales of such substances:

• As of January 1, 2017, recovered ODSs and substitute refrigerants can only be resold to certified reclaimers of such substances
• As of January 1, 2018, recovered ODSs and substitutes can only be sold to certified technicians

With that, technicians will now also be required to treat and dispose HFCs in the same way they have had to treat ODSs. And as of January 1, 2018, technicians will also be required to:

• Pass a certification exam that will allow them to handle ODSs and substitute refrigerants
• Keep a copy of their certificate at their place of business at all times (as well as retain a copy up to 3 years after ceasing to operate as a technician)
• Keep precise records when disposing of appliances that contain between 5 and 50 pounds of refrigerant
• Evacuate ODSs and substitutes to new levels when opening or disposing of appliance with certified equipment

And as of 2019, technicians will need to perform quarterly or annual leak inspections on equipment that has exceeded the new threshold leak rate. The new leak rate for such equipment has been determined to be:

• 30 percent for industrial process refrigeration (IPR; over 500 pounds)
• 20 percent for commercial refrigeration equipment (50-500 pounds)
• 10percent for comfort cooling equipment (50 pounds or more)

On top of that, HVAC contractors and technicians should also watch out for the revised exam questions and requirements of Section 608 which the EPA is supposed to publish very soon. These will define what certified professionals need to know about ODSs going forward.

2. Rooftop Units Regulation

Beginning 2018, HVAC manufacturers and other professionals who work with commercial air conditioners and heat pumps and commercial warm-air furnaces will need to comply with new efficiency requirements as well.
According to the new efficiency standards adopted by the Department of Energy (DOE), as of January 2018, the minimum efficiency of new rooftop air conditioners on low-rise buildings will need to increase by 10 percent in comparison to current standards. And as of 2023, that efficiency will need to increase up to 25-30 percent. New warm-air furnaces will also see a change in their efficiency standards, starting 2023.

3. Residential Central Air Conditioners and Heat Pumps Regulation

On May 26, the DOE also provided notice of the adoption of the new energy conservation standards for residential central air conditioners and heat pumps. During the preceding months, the DOE received comments regarding the new standards but found that they did not provide a reasonable basis to withdraw the new standards.
The new regulations includes standards for seasonal energy efficiency ratio (SEER), heating seasonal performance factor (HSPF), and energy efficiency ratio (EER) of air conditioners and heat pumps. As with previous regulations, the DOE has retained the division of the country into three regions (North, South, and Southwest), with different standards applying to each region.
The DOE is yet to announce the test procedures which it will follow in establishing the efficiency of central air conditioners and heat pumps. It is expected that it will publish the final rule on these procedures by July 3, 2017.

4. OSHA Walking-Working Surfaces and Fall Protection Standards

Тhe new OSHA fall protection standards are another piece of legislation that contractors must comply with as of January 17, 2017. The new standards are designed to allow for greater flexibility to employers in choosing a fall protection system. Employers can choose from a guardrail system, safety net system, personal fall arrest system, positioning system, travel restraint system, or ladder safety system.
Further provisions with delayed effective dates that employers need to comply with include:

• Inspecting and certifying permanent anchorages for rope descent systems (November 20, 2017);
• Installing personal fall arrest or ladder safety systems on new fixed ladders over 24 feet and on replacement ladders/ladder sections, including fixed ladders on outdoor advertising structures (November 19, 2018);
• Ensuring existing fixed ladders over 24 feet, including those on outdoor advertising structures, are equipped with a cage, well, personal fall arrest system, or ladder safety system (November 19, 2018); and
• Replacing cages and wells (used as fall protection) with ladder safety or personal fall arrest systems on all fixed ladders over 24 feet (November 18, 2036).

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Should Ammonia Exit ASHRAE Standard 15?

Is it time to remove ammonia from ASHRAE Standard 15, “Safety Standard for Refrigeration Systems?”
Jeffrey M. Shapiro, president, International Code Consultants, says yes, although he cautions that the ammonia refrigeration industry must be prepared to continue its diligence in maintaining a standard that will ensure safe designs for ammonia refrigeration systems.
Shapiro, speaking at a recent meeting of the International Institute of Ammonia Refrigeration (IIAR), noted that with the ongoing phaseout of hydrochlorofluorocarbons (HCFCs) and phasedown of hydrofluorocarbons (HFCs) there is a focus on the approval of new refrigerants that fall under the ASHRAE classification of A2L — nontoxic but mildly flammable.
According to Shapiro, although there may be a temptation to simply treat A2L refrigerants as equivalent to ammonia with respect to flammability hazard, ammonia really is an entity unto itself. Like an A2L, it exhibits a low-flame velocity in flammability tests, but ammonia has the unique safety advantage of a strong and unmistakable odor that is typically present long before the onset of a flammability hazard. All of the current A2L refrigerants, on the other hand, are odorless.
“Do we really want to be putting an odorless, flammable gas in occupied spaces of commercial and residential structures?” asked Shapiro. “Is this a good idea? And, can we do it safely?”
Shapiro noted that these are the questions that need to be answered as a condition of A2L refrigerants entering mainstream usage in the U.S.
“To the credit of the A2L industry, they’re putting a lot of time and effort into safety research,” he said. “But, just like ammonia, standards for the design and installation of A2L systems must be crafted with due diligence.”
Shapiro said leak detection remains a concern with respect to deploying A2L refrigerants, unlike ammonia, with which there are many years of experience with leak detection. And while IIAR now provides detailed requirements on ammonia leak-detection systems in its standard, no such requirements are in place for A2L refrigerants.
Shapiro said a concern with ammonia remaining under ASHRAE 15 is that the parameters defining Group 2L refrigerants in ASHRAE could change at some point, perhaps forcing ammonia to be reclassified from Group B2L to Group B2.
“That would damage the ammonia refrigeration industry by increasing regulations with no justification other than an academic revision to the refrigerant classification scheme,” he said.
At the most recent ASHRAE Standard 15 committee meeting, Shapiro said the committee approved publishing an addendum for public comment that would remove ammonia from the standard. That’s the first of several steps that would have to take place, but the process could potentially lead to ammonia being taken out of ASHARE Standard 15 and put under ANSI/IIAR 2-2014, “American National Standard for Safe Design of Closed-Circuit Ammonia Refrigeration Systems.”
If that were ultimately to happen, Shapiro said, it would come with a great responsibility.
“If IIAR 2 is going to be the sole standard for ammonia safety without ASHRAE 15, we must continue to be diligent in managing that responsibility and in making sure our systems and the people who use them, and work on them are safe,” he said.
This would not be unfamiliar ground for IIAR, Shapiro noted. Since publishing its first ANSI standard in 1978, IIAR has been expanding its role as a standards development organization for ammonia refrigeration, and a mist of its model standards have been adopted by model codes. For example, the National Electrical Code (NEC) specifically references IIAR 2 for the electrical classification of areas with ammonia refrigeration systems. The International Fire Code (IFC) cites ASHRAE Standard 15 for refrigerants other than ammonia and IIAR 2 for ammonia, thus elevating IIAR 2 from its former subordinate role and placing the two standards on par. 
“It’s a pretty big deal to get an NEC reference, and the IFC reference also represents a significant elevation in stature for IIAR 2,” Shapiro said.
The 2018 Uniform Mechanical Code (UMC) is actually going to go a step further. It, along with ASHRAE 15, will serve to regulate all refrigeration except for ammonia while, for ammonia, the 2018 UMC will defer entirely to IIAR 2.
“It’s very significant for a code to entirely defer to a reference standard,” Shapiro noted. “It achieves what I consider to be a major milestone for IIAR as an organization. Certainly, no other refrigeration-oriented standard has that stature.”

AN ENCOURAGING OUTLOOK FOR REGULATORY REFORM

Lowell Randel, vice president of government and legal affairs, Global Cold Chain Alliance, also spoke at the IIAR meeting. When it comes to regulatory reform, the direction of the Trump administration is encouraging for the ammonia refrigeration industry, he said.
“Donald Trump talked a lot about regulatory reform on the campaign trail,” Randel said. “Now that he has taken office, I think it has proven to be a priority for his administration. His chief of staff has basically frozen any action on regulations until the new administration has a chance to get its legs under it, and that includes extending the effective date of any late-term Obama regulations that had been finalized but hadn’t gone into effect.”
Randel cited the U.S. Environmental Protection Agency’s (EPA’s) risk management program (RMP) final rule as an example of how the Trump administration may handle rules that affect the ammonia refrigeration industry. The administration extended the effective date of the RMP’s final rule until June 19 and has also proposed a rule that would further extend the effective date until February 2019. The additional time is designed to give new EPA policy officials an opportunity to fully examine the rule and potentially make changes.
President Trump also issued a “two-for-one” executive order that called for the removal of two existing regulations for every one new regulation. Although this would only apply to major rules with a potential annual impact of $100 million or more, it still sends a promising message to businesses, he said.
“It’s encouraging to hear the administration say it wants to reduce the regulatory burden on industry,” Randel said. “We think it’s a good general policy to perform a thorough review and remove any old, outdated, duplicative regulations before adding new ones.”
Randel stated he also is a fan of a Trump executive order that calls for the establishment of a regulatory reform task force at each agency. These groups would be tasked with identifying unnecessary and ineffective regulations and then doing what it can to get them off the books. The process also includes an accountability mechanism to measure the performance of government agencies relative to the executive order.
Randel added that interactions with regulatory agencies do not have to be divisive. For example, IIAR continues to work with the EPA on the agency’s national enforcement initiative (NEI).
“IIAR’s goal is to help the EPA better understand ammonia refrigeration facilities and IIAR standards, so the agency can do a better job of identifying where any true problems may exist in a facility,” he said. “This would also benefit operators of ammonia refrigeration facilities, who would be welcoming better-educated inspectors to their facilities and hopefully avoiding the misapplication of standards not appropriate for our industry.”
Randel concluded that the atmosphere for regulatory reform is very active right now, which presents an opportunity for HVACR contractors to participate in the process.
“The administration is actively seeking input and suggestions on regulations that are problematic, unnecessary, or duplicative and need to be reviewed,” he said. “So, if you have an idea of something that needs to be changed or recognize that something is not working, communicate that through your industry associations so they can amplify the message to the policy officials. I definitely encourage people to identify and communicate where they see ways to improve the regulatory system.”  

Diagnosing a Faulty HVAC Compressor Valve

Diagnosing a faulty compressor valve is something HVAC technicians have to deal with on a semi-regular basis, and while a bad valve is often not the main reason a compressor fails, it is an integral part of any condensing unit.

Members of The NEWS’ trainer panel examined compressor valves and determined the best methods for maintaining valves, diagnosing faulty ones, and implementing proper troubleshooting techniques when they go bad.

NOTICING THE ISSUE

Joseph Adeszko, program coordinator, HAC department, Moraine Valley Community College, Palos Hills, Illinois, does not see bad compressor valves as much as he used to, mainly because current technicians are doing a better job of properly reading subcooling and superheat during service visits. Still, “technicians need to know the inner workings of a compressor to properly diagnose it,” he said.

Reciprocating compressors themselves have been around for decades.

“They are reliable, dependable, and still looked at as the industry standard by many people,” said Dennis Silvestri, lead instructor, MRS Educational Training, New Haven, Connecticut. “Still available in the semi-hermetic and fully welded hermetic designs, more reciprocating compressors fail due to various electrical related issues than from compressor valve problems. However, when you take a close look at reciprocating compressor valve design, especially the ‘reed type,’ then we can see what’s looked at as the ‘weak spot.’ The valves will wear, leak, and even break. Floodback and slugging, even flooded starts can cause issues with the valves.”

According to Nicholas Griewahn, associate professor of HVACR, Northern Michigan University, Marquette, Michigan, it is very important to be knowledgeable about diagnosing any capacity loss in a compressor, mainly for the sake of the customer.

“A lot of time and money can be wasted on misdiagnosis, and it usually ends with a lost customer,” said Griewahn. “Not only is it important to be able to diagnose when capacity is lost due to damaged valves but also what caused the damage. Valves that are leaking through due to overheating call for very different diagnostic and corrective actions than valves that are snapped off because of liquid slugging. I’m a big believer that every compressor fails for a reason, and you should always find the cause and correct it before or when you install a replacement.”

Being able to recognize the symptoms of a faulty valve are essential, and Adeszko said problems can stem from a number of things.

“The symptoms could be a loss of cooling or refrigeration, higher-than-normal suction pressures with low discharge pressures, the compressor being very quiet, or low amp draw,” he said.

Griewahn said he normally hears complaints of the system not maintaining the temperature setting during a mild load.

“In refrigeration, the conditioned space will never make the control setting, or the customer will notice the compressor running a lot more than usual,” he said. “In air conditioning, the room temperature will rarely, or never, make the thermostat setting. Really savvy customers may notice an increase in their electric bills without a correlation with the outdoor temperature. Valves that are damaged enough may cause the compressor to overheat and overload, which leads to a no cooling call.”

THE NECESSARY STEPS

Once a technician has recognized the issue, there are a few different steps needed to properly address it.

“An in-depth procedure of checking the compressor valves requires the compressor to have a suction service valve and the technician use their low-side manifold pressure gauge,” said Silvestri. “With the compressor off and the low-side pressure gauge installed onto the suction service valve, front seat the suction service valve and turn on the compressor. The low-side gauge should read at least a 20-inch vacuum within a minute or so. If the gauge cannot read at least a 20-inch vacuum, then the compressor’s suction valves are leaking, which means they are not fully closing shut. The compressor’s discharge valves can also be checked to see if they are leaking.”

Griewahn said it’s important to note that the first hint of trouble usually comes from the pressure readings.

“If you’re familiar with estimating high- and low-side pressure, you’ll notice the high-side pressure will be lower than normal and the low side will be operating higher than normal,” he said. “Pressures being too close together are the usual suspects for lost pumping capacity. I’ll check superheat to confirm the metering device isn’t grossly overfeeding and make sure there aren’t any hot gas valves bleeding through or sticking open and rule them out. To confirm low pumping capacity, I usually check for abnormal line temperatures, low compressor amp draw, and an overheated compressor shell. Sometimes, depending on how badly the valves or compressor are damaged, you’ll hear the valves bypass when the compressor is turned off. If a whistling or ‘whooshing’ sound is heard — not to be confused with the check valve seating in a scroll compressor — when the compressor is turned off, it is likely that the valves or other internal components are bypassing and faulty.”

Adeszko added that there are no shortcuts to take when troubleshooting compressor valves. “A good tech must gather the data necessary to troubleshoot the system before analyzing the data to see what the issue may be,” he said.

A FULL REPLACEMENT

While the panel members agreed on most parts of the diagnostic process, they had differing opinions on when exactly it is time to replace an entire condensing unit.

In Adeszko’s opinion, if the compressor is more than five years old on a residential condensing unit, it’s better to replace the condensing unit completely. “This way the end user gets a new unit with a full five- to 10-year parts warranty,” he said. “The cost is not much more than a compressor-only change out.”

When faced with leaking or broken valves with the fully welded hermetic compressor design, the discussion needs to revolve around replacing the compressor or the entire condensing unit, said Silvestri.

“With the semi-hermetic type, there is the option of replacing the compressor’s complete valve plate(s),” he said. “This is not that difficult of a compressor tear down, especially if the compressor has both a suction service valve and a discharge service valve. This allows for simple isolation of the compressor from the rest of the system. Many factors need to be looked at when considering to replace/rebuild the compressor or just replace the entire condensing unit, such as age of the system, past problems, and how many refrigerant retrofits the system has gone through.”

Griewahn recommends a full replacement of a condensing unit if it meets one or more of the following conditions:

• The cost of purchasing and installing a new condensing unit is the same or lower than a new compressor;
• The condensing unit is available sooner when the equipment is mission critical;
• There is substantial or unrepairable damage or corrosion on the old condenser or unit base; or
• There is a condensing unit replacement option that will substantially increase efficiency for the owner.

“With these conditions in mind, smaller/simpler system condensing units don’t really have much on them that goes bad,” said Griewahn. “Fan motors, service valves, and a few controls don’t usually carry much cost to replace. So, unless one of the above mentioned conditions is present, or I’m unable for some reason to retrofit to a newer (and less expensive) generation of refrigerant, I tend to leave the old unit in place and just replace the compressor.”

What’s Happening With R-134a?

Here are some alternatives to replace the venerable but high-GWP refrigerant

For many years, hydrofluorocarbon (HFC)-134a was the alternate refrigerant of choice to replace chlorofluorocarbon (CFC)-12 in many medium- and high-temperature stationary refrigeration, air conditioning, and automotive air conditioning applications. The pressure/temperature relationship and the latent heat values of R-134a are very similar to those of R-12. Also, R-134a is a very safe refrigerant with an ASHRAE safety classification of A1. This means it is not flammable and has very low toxicity levels. Because HFC-134a has no chlorine in its molecule, it has a zero ozone-depletion potential (ODP) and doesn’t deplete the stratospheric ozone layer.
R-134a is not a refrigerant blend. It is considered a pure compound and has only one molecule. The R-134a molecule is ethane-based and consists of carbon (C), fluorine (F), and hydrogen (H).

EVAPORATOR TEMPERATURE APPLICATION

As a medium- and high-temperature refrigerant, R-134a is not usually used in low-temperature applications. R-134a loses some capacity when compared to R-12 in low-temperature applications. At lower temperatures, R-134a has a slightly lower pressure than R-12, and at higher temperatures, R-134a has a bit of a higher pressure when compared to R-12. Otherwise, both refrigerants’ pressure/temperature relationships closely compare.
R-134a often operates with a very low pressure — if not a slight vacuum — in low-temperature applications. At about minus 15°F evaporating temperature, R-134a starts to fall into a vacuum. These lower pressures in lower temperature applications cause higher compression ratios, higher discharge temperatures, and low efficiencies — not to mention added stress on a system’s compressor.

LUBRICANT

R-134a refrigeration systems use synthetic polyolester (POE) lubricants while the automotive industry typically has used polyalkylene glycol (PAG) lubricants. Polarity differences between commonly used organic mineral oils and HFC refrigerants make R-134a insoluble, thus incompatible with mineral oils that were used in many refrigeration and air conditioning applications. R-134a was never intended to be a direct drop-in replacement for any refrigerant, and retrofit guidelines had to be followed when retrofitting a system to R-134a.

GLOBAL WARMING LEGISLATION

R-134a has a global-warming potential (GWP) of 1,430. This means it traps 1,430 times as much heat per kilogram as carbon dioxide does over a 100-year period. Because R-134a has such a high GWP, the U.S. Environmental Protection Agency (EPA) listed R-134a as an “unacceptable” refrigerant for certain refrigeration and air conditioning applications under its Significant New Alternatives Policy (SNAP) program. These applications include:

• New light-duty motor vehicle air conditioning, starting in 2021, with a few narrow use limit exceptions. The exceptions are for newly manufactured light-duty vehicles destined for use in countries that do not have infrastructures in place for servicing with other acceptable refrigerants. The narrow use limit will continue through model year 2025;
• Beginning in model year 2026, R-134a will be unacceptable for use in all newly manufactured light-duty vehicles;
• New vending machines as of Jan. 1, 2019;
• New stand-alone, medium-temperature units with a compressor capacity below 2,200 Btuh not containing a flooded evaporator as of Jan. 1, 2019; and
• New stand-alone, medium-temperature units with a compressor capacity equal to or greater than 2,200 Btuh and stand-alone medium-temperature units containing a flooded evaporator as of Jan. 1, 2020.

SOME R-134a REPLACEMENT OPTIONS

There are a number of candidates to replace R-134a in the applications for which it will be deemed unacceptable by the EPA.

• HFO-1234yf — Hydrofluoroolefin (HFO)-1234yf is a low-GWP replacement for R-134a intended for use in mobile air conditioning systems in the automotive industry. It has an ODP of zero and a GWP of 4. HFO-1234yf’s GWP is more than 300 times less than that of R-134a. Many European and some U.S. car manufacturers are currently using HFO-1234yf for mobile air conditioning applications. HFO-1234yf has one of the lowest switching cost for automakers compared to other alternatives. It is classified as a low-toxicity but slightly flammable refrigerant by ASHRAE with an A2L safety classification. The continued development of standards and codes for safe use of mildly flammable A2L refrigerants is very important. HFO-1234yf is miscible in POE lubricants. The miscibility of HFOs with POE lubricants is comparable to that of R-134a. HFOs are not soluble in mineral oil or alkylbenzene lubricants.
• HFO-1234ze — HFO-1234ze can be used in vending machines, refrigerators, beverage dispensers, air dryers, and carbon dioxide cascade systems in commercial refrigeration. It has an ODP of zero and a GWP of 6. Other applications include both air- and water-cooled chillers in supermarkets and commercial buildings. HFO-1234ze offers excellent energy efficiency, is cost-effective, and can be used in existing equipment design with minimal changes. HFO-1234ze also offers advantages over R-32, which has a medium GWP, an A2 refrigerant safety rating, and high discharge temperatures. The miscibility of HFO-1234ze with POE lubricants is comparable to that of R-134a.
• HC-290 (Propane) — Hydrocarbon (HC)-290 has an A3 safety group classification, meaning it is highly flammable. Its molecule contains nothing but hydrogen and carbon. It has an ODP of zero and a GWP of 3. As long as the refrigerant charge doesn’t exceed 5.3 ounces (150 grams), it can be used in freezers, household refrigerators, combination refrigerators and freezers, room air conditioners, and vending machines. As with the A2L refrigerants, the continued development of standards and codes for safe use of flammable refrigerants is very important.
• HC-600a (Isobutane) — Like HC-290, HC-600a has an A3 (highly flammable) safety group classification. Its molecule contains hydrogen and carbon. It has an ODP of zero and a GWP of 3. As long as the refrigerant charge does not exceed 2 ounces (57 grams), it can be used in vending machines and retail food refrigeration (stand-alone commercial refrigerators and freezers). Again, the continued development of standards and codes for the safe use of HCs is very important.
• R-513A — R-513A is an HFO/HFC blend with an ODP of zero and a GWP of 63. R-513A has a close performance match to R-134a for new and retrofitted systems. It is the lowest GWP refrigerant in the A1 safety classification to replace R-134a in stationary systems.
• R-450A — R-450A is a near-azeotropic refrigerant blend containing an HFO refrigerant designed to replace R-134a in commercial and industrial refrigerators as well as air conditioning and chillers. It has a very low temperature glide and can be used in direct expansion or flooded evaporator systems. It is compatible with POE lubricants.

 

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Graphene oxide discovery helps boost rechargeable batteries

A Kansas State University engineering team has discovered some of the properties of graphene oxide could help  improve sodium- and lithium-ion flexible batteries.

The researchers found that sodium storage capacity of paper electrodes depends on the distance between the individual layers that can be tuned by heating it in argon or ammonia gas. For example, reduced graphene oxide sheets, or rGO, produced at high temperature have near zero sodium capacity, while reduced graphene oxide sheets produced at 500 degrees C have the maximum capacity.
Gurpreet Singh, assistant professor of mechanical and nuclear engineering, and Lamuel David, doctoral student in mechanical engineering, India, have published their findings in the Journal of Physical Chemistry in an article entitled 'Reduced graphene oxide paper electrode: Opposing effect of thermal annealing on Li and Na cyclability'.
Graphene oxide is an insulating and defective version of graphene that can be converted to a conductor or a semiconductor when it is heated. Singh and his team studied graphene oxide sheets as flexible paper electrodes for sodium- and lithium-ion batteries.
"The observation is important because graphite, which is a precursor for making graphene oxide, has negligible capacity for sodium and has long been ruled out as viable electrode for sodium-batteries," Singh said. "Graphite is the material of choice in current lithium-ion batteries because the interlayer spacing is just right for the smaller size lithium ions to diffuse in and out."
The researchers are the first to show that a flexible paper composed entirely of graphene oxide sheets can charge and discharge with sodium-ions for more than 1,000 cycles. Sodium perchlorate salt dissolved in ethylene carbonate served as the electrolyte in their cells.
"Most lithium electrode materials for sodium batteries cannot even last for more than a few tens of charge and discharge cycles because sodium is much larger than lithium and causes enormous volume changes and damage to the host material," explained Singh. "This design is unique because the distance between individual graphene layers is large enough to allow fast insertion and extraction of the sodium ions, thanks to the oxygen and hydrogen atoms that prevent sheets from restacking."
Singh and his team also studied the mechanical behavior of the electrodes made of reduced graphene oxide sheets. The researchers measured the strain required to tear apart the electrodes. Through videography, they showed the ability of the crumpled graphene oxide papers to sustain large strains before failing.
"Such measurements and study of failure mechanisms are important for designing long-life batteries because you want the electrode to be able to expand and contract repeatedly without fracture for thousands of cycles, especially for larger nonlithium metal-ion batteries," Singh said. "These days, almost every one is using crumpled graphene as either the conducting agent or elastic support or both."
Earlier this year, Singh and his team demonstrated large-scale synthesis of few-layer-thick sheets of molybdenum disulfide. They also showed the molybdenum disulfide/graphene composite paper has potential as a high-capacity electrode for sodium-ion battery. In that research, the scientists used graphene as an electron conductor for the molybdenum disulfide sheets and observed graphene to be largely inactive toward sodium.
Their latest research has shown that unlike sodium, the lithium capacity of rGO increases with increasing rGO synthesis temperature reaching maximum value for sample produced at 900 degrees C.
"It is only now we realize that sodium capacity of graphene, or rGO, is dependent on its processing temperature," Singh said. "The rGO specimens in our previous study were prepared at 900 degrees C."
The large abundance of sodium makes the element a potential candidate for replacing lithium-ion batteries.
By focusing on nanotechnology, Singh and his team have been able to explore and design materials that can store sodium-ions reversibly and without damage. They found their answer in graphene oxide, which can cycle sodium-ions for more than 1,000 cycles.
Singh and his team will continue exploring new nanomaterials and focus on materials that can be mass-produced in a cost-effective manner.
"We would like to perform fundamental studies to understand the origins of first cycle loss, voltage hysteresis, and capacity degradation that are common to metal-ion battery anodes prepared from 2-D layered crystals such as transition metal chalcogenides, graphene, etc.," Singh said.