Presión-entalpía sin complicaciones: el diagrama p-h para el examen de gases fluorados

El diagrama presión-entalpía puede resultar difícil de interpretar al principio. Contiene curvas, líneas inclinadas y números pequeños. Leer una familia de líneas cada vez facilita su comprensión.

Eugene Silberstein, que lleva más de 40 años en el sector y actualmente dirige la formación técnica del ESCO Institute, creó un curso completo en torno a esta dificultad. Introduce el tema con esta observación:

Si cambiamos nuestra forma de mirar las cosas, las cosas que miramos cambian.

El diagrama no se ha vuelto más sencillo. Lo que cambia es la forma de abordarlo. A continuación, explicamos el diagrama p-h por familias de líneas y lo relacionamos con los conocimientos del ciclo frigorífico exigidos en la evaluación del certificado A1 de gases fluorados de la UE.

 

¿Para qué sirve representar un sistema en el diagrama?

En la instalación, la información se recoge por partes. Se acerca a la unidad de tratamiento de aire para tomar una lectura, sale hasta la unidad condensadora para obtener otra y vuelve al interior para medir la temperatura del aire de impulsión. Cada medición describe una parte del sistema.

Un trazado p-h completo reúne esas mediciones en una sola imagen de todo el sistema. A partir de ese único diagrama puede:

• Estimar el efecto frigorífico y la potencia frigorífica del sistema
• Estimar la eficiencia (COP y, a partir de él, EER y SEER)
• Calcular el caudal másico de refrigerante por kW de refrigeración
• Determinar la capacidad volumétrica del compresor
• Identificar el estado y el título de vapor del refrigerante en cualquier punto del circuito
• Diagnosticar fallos de carga y de caudal de aire a partir de la forma del trazado

También hay una razón práctica por la que esto importa para el trabajo que requiere certificación. Las herramientas inteligentes y las aplicaciones de diagnóstico que utilizan hoy los técnicos se basan en las relaciones matemáticas del diagrama p-h. Comprenderlo ayuda a interpretar lo que indican esas herramientas cuando un sistema rinde por debajo de lo esperado.

 

El diagrama, parte por parte

El diagrama resulta más fácil de interpretar si examina una familia de líneas cada vez.

Las líneas de presión constante son horizontales. La presión se representa en el eje vertical. Si se desplaza a la izquierda o a la derecha, la presión no cambia; si sube, aumenta, y si baja, disminuye. Una precaución: el eje vertical representa la presión absoluta, no la presión manométrica. Sume aproximadamente 1 bar (14,7 psi) a la lectura del manómetro para obtener un valor próximo al absoluto.

Las líneas de entalpía constante son verticales. La entalpía —el contenido de calor— se representa en el eje horizontal. Si sube o baja por una línea vertical, el contenido de calor no cambia. Si se desplaza a la derecha, la entalpía aumenta; si se desplaza a la izquierda, disminuye.

Entalpía es una palabra sofisticada para decir calor.

Esa es toda la definición. La temperatura indica la intensidad del calor; la entalpía indica la cantidad, en kJ por kilogramo.

La curva de saturación se sitúa en el centro; a veces se la llama curva de la huella dactilar. Divide el diagrama en tres regiones:

Región	Posición	Qué ocurre
Líquido subenfriado	A la izquierda de la curva	100% líquido, por debajo de su temperatura de saturación — salida del condensador
Mezcla saturada	Bajo la curva	Coexisten líquido y vapor — cambio de fase en el evaporador y el condensador
Vapor sobrecalentado	A la derecha de la curva	100% vapor, por encima de su temperatura de saturación — salida del evaporador, línea de aspiración, compresor

Las líneas de título de vapor constante se sitúan bajo la curva de saturación y representan incrementos del 10% en la proporción de líquido y vapor. El límite izquierdo corresponde al 100% de líquido y el derecho al 100% de vapor. Marque un punto cualquiera bajo esa curva y podrá leer la composición; por ejemplo, 80% de líquido y 20% de vapor en la entrada del evaporador.

Las líneas de temperatura constante son horizontales bajo la curva de saturación para un refrigerante de un solo componente, como el R-134a, en el que a cada presión le corresponde exactamente una temperatura. En una mezcla zeotrópica —los refrigerantes de la serie 400—, esas líneas están inclinadas. Esa inclinación es el deslizamiento de temperatura, y puede medirlo directamente: trace una línea horizontal que atraviese la curva de saturación, lea la temperatura en la intersección con cada lado y calcule la diferencia. A la derecha de la curva, las líneas de temperatura constante se curvan bruscamente hacia abajo.

Las líneas de volumen específico constante atraviesan la región de vapor sobrecalentado con una ligera inclinación e indican el volumen que ocupa un kilogramo de refrigerante en esas condiciones. Como el compresor es una bomba de volumen fijo, conocer el volumen específico en su entrada permite convertir el volumen barrido en caudal másico real de refrigerante, un paso esencial para calcular la potencia frigorífica.

Las líneas de entropía constante son las más inclinadas. Silberstein explica la entropía mediante el concepto de reversibilidad. Comprima refrigerante en un cilindro y la presión aumentará; deje retroceder el pistón y la presión volverá a su valor inicial. La compresión es reversible, por lo que la compresión ideal sigue una línea de entropía constante. Derrita un cubito de hielo y reduzca después el aporte de calor: el agua no vuelve a convertirse en hielo. Ese proceso cruza las líneas de entropía.

 

Los cuatro procesos a lo largo del circuito

Siga ahora el ciclo:

1. Compresión — la línea avanza hacia arriba y a la derecha, siguiendo una línea de entropía constante o discurriendo en paralelo a ella. La presión y la entalpía aumentan porque el compresor aporta al refrigerante tanto el calor de compresión como el calor del motor.
2. Condensación — la línea recorre la parte superior de derecha a izquierda. Observe que comienza en la región de vapor sobrecalentado: en la línea de descarga y en la primera parte del condensador se elimina el sobrecalentamiento, sin que se produzca condensación. Después, el refrigerante cruza la curva de saturación y se condensa; por último, el trazado rebasa el límite izquierdo y entra en la región de líquido subenfriado. Ese pequeño triángulo de la esquina superior izquierda representa el subenfriamiento.
3. Expansión — una línea perfectamente vertical desciende al pasar por el dispositivo de expansión. La presión y la temperatura caen drásticamente; la entalpía no cambia en absoluto. No se aporta ni se extrae calor, por lo que la línea no puede desplazarse lateralmente.
4. Evaporación — la línea recorre la parte inferior de izquierda a derecha. Comienza bajo la curva de saturación, normalmente con alrededor de un 80% de líquido y un 20% de vapor, y termina fuera de la curva, en la región de vapor sobrecalentado. Entre la salida del evaporador y la entrada del compresor se encuentra el pequeño tramo de la línea de aspiración; cuanto más corto sea, mejor.

Este último punto tiene una consecuencia directa en la instalación. Si retira el aislamiento de una línea de aspiración y vuelve a representar el sistema, el tramo de aspiración se alarga y toda la línea de compresión se desplaza a la derecha. El trazado muestra cómo el sobrecalentamiento adicional en la línea de aspiración reduce la eficiencia.

 

La eficiencia, explicada sin matemáticas

La eficiencia es la relación entre la energía útil obtenida y la energía aportada. En refrigeración:

• Lo que se obtiene es el efecto frigorífico neto (NRE): el calor absorbido en el evaporador.
• Lo que cuesta es el calor de compresión (HOC): la energía aportada por el compresor más el calor no deseado que se absorbe en la línea de aspiración.

Coeficiente de rendimiento = NRE ÷ HOC. Las siguientes conversiones y relaciones aproximadas utilizan las convenciones de evaluación estadounidenses, con el EER expresado en BTU/h por vatio:

• EER = COP × 3,412 (la conversión entre BTU/h y vatios)
• SEER ≈ EER × 1,2
• EER2 ≈ 0,95 × EER, y SEER2 ≈ 0,95 × SEER

Estas relaciones aproximadas no determinan los índices de eficiencia estacional de la UE. Represente cinco puntos y lea cinco valores de entalpía para evaluar el rendimiento en las condiciones de funcionamiento medidas.

 

Cómo interpretar los fallos a partir de la forma

El diagrama puede ayudar a diagnosticar fallos. Represente un sistema que funcione correctamente y, después, uno defectuoso: la dirección del desplazamiento indica el tipo de fallo:

Fallo	Cómo se desplaza el trazado	Indicios característicos
Sobrecarga	Hacia arriba y a la izquierda	El triángulo de subenfriamiento crece; la entrada del compresor se acerca a la curva (disminuye el sobrecalentamiento)
Falta de carga	Hacia abajo y a la derecha	El triángulo de subenfriamiento se reduce; aumenta el sobrecalentamiento
Alimentación excesiva del dispositivo de expansión	El trazado pierde altura	Menos refrigerante en el lado de alta y más en el de baja
Alimentación insuficiente / restricción en la línea de líquido	El trazado gana altura	Exceso de refrigerante en el lado de alta y falta en el de baja
Fallo de caudal de aire en el lado de baja (evaporador)	Hacia abajo y a la izquierda	Disminuyen la presión de aspiración y la temperatura de saturación
Fallo de caudal de aire en el lado de alta (condensador)	Hacia arriba y a la derecha	Aumentan la presión de descarga y la temperatura de condensación

Los problemas de caudal de aire provocan desplazamientos entre la esquina inferior izquierda y la superior derecha, mientras que los problemas de carga los provocan entre la esquina superior izquierda y la inferior derecha.

Las dos diagonales indican dos tipos de fallos. Esta observación convierte el diagrama en una herramienta de diagnóstico útil.

También ayuda a explicar por qué un filtro sucio reduce el rendimiento. Se aporta menos calor al refrigerante, por lo que disminuyen la presión de aspiración, la temperatura de saturación y el efecto frigorífico neto; aumenta el calor de compresión y baja el COP. Comprender estos cambios permite afinar el diagnóstico.

 

Qué lugar ocupa en el temario de gases fluorados

El art. 10 del Reglamento (UE) 2024/573 establece los requisitos de certificación y formación. El art. 4 y el anexo I del Reglamento de Ejecución (UE) 2024/2215 establecen los requisitos de los exámenes teóricos y prácticos para el certificado A1. El diagrama p-h ayuda a estudiar varios temas de la edición de la UE:

• Termodinámica y ciclo frigorífico — saturación, sobrecalentamiento, subenfriamiento, calor latente y sensible, relación presión-temperatura y deslizamiento de temperatura en mezclas zeotrópicas
• Compresores, Condensadores, Evaporadores y Válvulas de expansión — la función de cada componente y su correspondencia con un tramo del trazado
• Alternativas en la práctica: CO₂, amoníaco y eficiencia energética — el examen teórico A1 incluye al menos una pregunta sobre la eficiencia energética de los aparatos, y un sistema con un COP bajo consume más electricidad para proporcionar la misma potencia frigorífica
• Detección de fugas — el anexo I incluye la interpretación de diagramas p-h para los controles indirectos de fugas; un sistema con falta de carga puede presentar un trazado desplazado hacia abajo y a la derecha, con un sobrecalentamiento elevado y un subenfriamiento reducido

El anexo I incluye expresamente los procesos termodinámicos y la interpretación de diagramas p-h. Entre las preguntas de repaso pertinentes figuran qué proceso es isoentálpico, en qué parte del condensador se elimina el sobrecalentamiento, qué significa el deslizamiento de temperatura en una mezcla y qué ocurre con el sobrecalentamiento cuando un sistema tiene sobrecarga. El diagrama ayuda a explicar cada respuesta.

 

Cómo ayuda F-Gas Exam Prep

La termodinámica y la interpretación de diagramas p-h forman parte de los conocimientos exigidos en la evaluación del certificado A1 de gases fluorados de la UE.

La aplicación F-Gas Pro – Preparación del examen A1 ofrece más de 540 preguntas de tipo examen repartidas en 15 temas, entre ellos Termodinámica y ciclo frigorífico. Las preguntas abarcan saturación, sobrecalentamiento, subenfriamiento, calor latente, deslizamiento de temperatura y eficiencia del sistema. Cada respuesta incluye una explicación detallada para facilitar la comprensión.

La aplicación incluye simulacros de examen cronometrados, tarjetas de repaso y 12 calculadoras, además de práctica por temas y seguimiento del progreso. Está disponible para iOS y Android. Es una herramienta de estudio independiente y no sustituye a un curso de formación homologado ni a un examen.

Utilice un diagrama p-h de un refrigerante con el que trabaje habitualmente. Represente un sistema que sepa que funciona correctamente. Después, represente uno que acabe de reparar. Comparar los trazados con sus propias lecturas ayuda a relacionar la teoría con el trabajo práctico.