Contenido 3: Intercambiadores de Calor (Condensador y Evaporador)

Los intercambiadores de calor son dispositivos diseñados para transferir calor entre dos medios, los cuales pueden estar separados por una barrera o que ambos medios estén en contacto directo.

El ejemplo más claro de un intercambiador de calor es el radiador del motor de un automóvil, el mismo utiliza un fluido refrigerante (que en ocasiones es agua) el cual se calienta debido al funcionamiento del motor (combustión) y luego pierde ese calor ganado mediante una corriente de aire que fluye sobre el radiador, reduciendo así la temperatura del refrigerante y a su vez la temperatura del motor.

Los intercambiadores de calor representan una parte esencial en los sistemas de refrigeración y aire acondicionado, estos intercambiadores reciben el nombre de: Condensador Térmico y el Evaporador.

El Condensador Térmico

En refrigeración se denomina condensador al intercambiador de calor que sirve para disipar el calor que transporta el fluido refrigerante, para que se produzca el cambio de estado de gas a líquido (condensación).

La  función del  condensador  es  transformar  en  su  interior el gas  refrigerante comprimido  en  el  compresor  en  líquido  refrigerante.  En  el  interior  del condensador el gas refrigerante pierde el calor que absorbió durante el proceso de su evaporación desde el espacio a enfriar, así como  también hace entrega del  calor  absorbido durante  su  circulación  a  través de  la  línea de  retorno al compresor  y  el  calor  absorbido  durante  el  fenómeno  de  compresión  en  el interior del compresor. 

El fluido refrigerante en estado gaseoso y a temperaturas superiores a la del ambiente, llega al condensador desde la descarga del compresor. Al producirse el contacto del vapor refrigerante con las paredes del condensador que se halla a una temperatura muy inferior a la del gas, este comienza a perder calor que pasa al ambiente provocándose así la condensación del vapor. En realidad el fenómeno o proceso de condensación no se realiza en forma uniforme a todo lo largo del condensador. Durante el proceso, existe vapor caliente a alta presión en una parte del condensador y a medida que circula por la tubería comienza a perder calor, para salir en estado líquido a alta presión pero con una pequeña disminución de temperatura.

De forma general, los tipos de condensadores empleados en una máquina frigorífica son los siguientes:

• De tubos y alambre: Se utilizan para disipar el calor del refrigerante con aire de una forma natural (convección natural), su aplicación es común en la refrigeración doméstica, como el caso de las neveras y enfriadores.

• De tubos y aletas: Se utilizan cuando se disipa el calor mediante una corriente de aire, la cual se lleva a cabo de forma forzada (convección forzada) como ocurre en los equipos de aire condicionado y sistemas frigoríficos.

• De tubo y coraza: Este tipo de condensadores son empleados comúnmente en la refrigeración industrial como en el caso de chiller, existen una gran variedad de modelos, sin embargo, el principio de funcionamiento es básicamente el mismo, disipar el calor al refrigerante mediante otro fluido que normalmente se encuentra en estado líquido.

El Evaporador

Se denomina evaporador al intercambiador de calor donde se produce la transferencia de energía térmica desde un medio a ser enfriado hacia el fluido refrigerante que circula en el interior del dispositivo. Su nombre proviene del cambio de estado que se produce en el fluido refrigerante al absorbe calor para pasar del estado líquido al estado gaseoso. 

Los evaporadores también son llamados enfriadores, debido al enfriamiento que produce la vaporización, y en algunos casos se lo llama congelador, cuando se lo fabrica en forma de poder disponer de temperaturas muy bajas capaces de congelar los alimentos y productos depositados en el recinto a refrigerar. Se fabrican en una gran variedad de modelos y tamaños, su capacidad depende de la aplicación y carga térmica de cada uso. 

De forma general se pueden clasificar en dos grupos: Evaporadores Secos y Evaporadores Inundados.

• Evaporador seco: También son denominados evaporadores de expansión directa, debido a se emplea una válvula de expansión instalada en antes de la entrada al evaporador, lo cual genera una expansión del fluido y a su vez una rápida evaporación del refrigerante que penetra en el evaporador, garantizando que al final del recorrido todo el refrigerante se encuentre en estado gaseoso. Este tipo de evaporador son ampliamente utilizados en sistemas de aire acondicionado, así como también en refrigeración doméstica y comercial. 

• Evaporador Inundado: Se conoce como evaporador inundado el que tiene la mayor parte del espacio interior disponible ocupado con líquido refrigerante, quedando solo un pequeño espacio libre disponible que se llena con el vapor que toma la línea de succión. La denominación de inundado que se da a este tipo de evaporador se debe a la presencia de refrigerante líquido que inunda las tuberías del evaporador. Estos evaporadores están dotados de flotadores en los lados de alta y de baja presión, cuya función es la de regular la alimentación líquida del evaporador.

Otra forma de identificar los evaporadores es de acuerdo a su construcción, los cuales se clasifican en:

• Evaporador de Tubo Descubierto: Los evaporadores de tubo descubierto se construyen por lo general en tuberías de cobre o bien en tubería de acero. El tubo de acero se utiliza en grandes evaporadores y cuando el refrigerante a utilizar sea amoniaco (R717), mientras para pequeños evaporadores se utiliza cobre los cuales son ampliamente utilizados para el enfriamiento de líquidos.

• Evaporador de Superficie de Placa: Existen varios tipos de estos evaporadores. Uno de ellos consta de dos placas acanaladas y asimétricas las cuales son soldadas herméticamente una contra la otra de manera tal que el gas refrigerante pueda fluir por entre ellas; son ampliamente usados en refrigeradores y congeladores debido a su economía, fácil limpieza y modulación de fabricación.

• Evaporadores Aleteados: Los evaporadores aleteados son serpentines de tubo descubierto sobre los cuales se colocan placas metálicas o aletas y son los más utilizados en la refrigeración industrial, así como también en los equipos de aire acondicionado. Las aletas sirven como superficie secundaria que absorbe el calor y tiene por efecto aumentar el área superficial externa del intercambiador de calor, mejorándose por tanto la eficiencia para enfriar aire u otros gases.

 

Diviértete armando la figura que se muestra en el siguiente Rompecabezas (Haz clic en la imagen)

21 Evaporadores

Contenido 2: Compresores



El compresor dentro del ciclo de refrigeración, representa el corazón del sistema debido a que es el encargado de que el fluido refrigerante circule por cada uno de los componentes.

Función: La función principal de un compresor en un sistema de refrigeración consiste en extraer o succionar el refrigerante a la salida del evaporador y comprimirlo hasta el punto donde pueda efectuarse la condensación.

 Etapas: El compresor cumple dos etapas fundamentales:

1.    Succión: es la primera etapa y en ella el compresor succiona el refrigerante en estado de vapor sobrecalentado desde el evaporador.

2.    Compresión y Descarga: en esta fase el compresor comienza a comprimir el refrigerante, incrementando su presión y temperatura, para luego ser descargado al condensador.

Tipos de Compresores:

En Refrigeración y Aire acondicionado existen una gran variedad de compresores, a continuación se realizará una clasificación general en función a dos elementos importantes, tales como: el Mecanismo de Compresión y el Aspecto Físico.

  

1.    Según el Aspecto Físico: Esta clasificación se fundamenta en las características externas del compresor y estos pueden ser: Herméticos,  Semi – Herméticos y Abiertos.

·         Compresor Hermético: Este tipo de compresor es el más económico de todos, en cuanto a su diseño de fabricación y es ampliamente utilizando en la refrigeración doméstica. El motor y el compresor se encuentran instalados en un eje común dentro de una carcasa, que como su nombre lo indica es totalmente hermética, por tanto no se pueden realizar reparaciones internas sin tener que cortar la carcasa, son considerados desechables, pues no es recomendable realizar ningún tipo de reparación y si se daña debe ser remplazado por otro nuevo o en condiciones operativas.

·         Compresores Semi – Herméticos: A diferencia de los compresores herméticos, este tipo de compresor puede ser reparado, ya que cuenta con los elementos necesarios (tuercas, tornillos) para ser desarmado. Por su diseño de fabricación tienden a ser más robustos que los herméticos y se emplean comúnmente en aplicaciones comerciales (Cavas de abastos, bares, floristerías, carnicerías, entre otros) y en aplicaciones industriales pequeñas.

·         Compresor Abierto: Su principal singularidad es que el motor y compresor van separados y el acople se lleva a cabo mediante poleas y correas. Estos compresores son los pioneros en equipos de refrigeración pero debido a su mayor peso, costo, tamaño, y ruido excesivo ha sido reemplazado por el de tipo semi-hermético y hermético,  su uso continua disminuyendo a nivel comercial e industrial, pero tiene gran aplicación en el acondicionamiento de aire en vehículos.

2.    Según el Mecanismo de Compresión: Esta clasificación se fundamenta en el principio de funcionamiento interno del compresor, es decir, como funciona el elemento capaz de realizar la compresión del fluido.  Estos pueden ser: Reciprocantes, Rotativos y Centrífugos.

·        Compresor Reciprocante: También son conocidos como compresores alternativos, el diseño de este tipo de compresores es similar a un motor de automóvil moderno, con un pistón accionado por un cigüeñal que realiza carreras alternas de succión y compresión en un cilindro provisto con válvulas de succión y descarga.

·         Compresor Rotativo: Este compresor sustituye el movimiento alternativo de los pistones por el movimiento circular del elemento que comprime.  Por su método de compresión obtiene mucho más rendimiento que el compresor de alternativo. Alguno de los compresores rotativos son: De Paletas Deslizantes, de Tornillos y el tipo Roots.

 

Otro tipo de compresor que también puede ubicarse dentro de esta clasificación son  los compresores Scroll, los cuales funcionan mediante la acción de dos espirales, una fija y otra que orbita sobre la fija para incrementar la presión al fluido.

·         Compresor Centrífugo: A diferencia de los anteriores (Alternativos y Rotativos), los compresores centrífugos  son máquinas de flujo continuo en la cual uno o más impulsores en rotación agregan energía al fluido. El flujo de gas o vapor entra en el centro del impulsor y es descargado por la periferia del mismo, incrementando su presión y velocidad.



Contenido 1: Ciclo Básico de Refrigeración

La refrigeración mecánica es aquella que incluye componentes fabricados por el hombre y que forman parte de un sistema cerrado, los cuales operan en armonía, bajo ciertas leyes físicas que gobiernan el proceso de refrigeración, con la finalidad de bajar la temperatura a un espacio determinado.

Debemos recordar que el objeto de un proceso de refrigeración es "extraer calor de los materiales" alimentos, bebidas, gases y de cualquier otro material que deseemos enfriar. Como su nombre lo indica, el ciclo de refrigeración se trata de un proceso cerrado en el cual no hay pérdida de materia y todas las condiciones se repiten indefinidamente.

El mismo consta de cuatro componentes básicos que son: El Compresor, el Condensador, el Dispositivo de Expansión (Válvula o Tubo Capilar) y el Evaporador.



 

Dentro del ciclo de refrigeración y basado en la presión de operación se puede dividir el sistema en dos partes: Lado de Alta Presión y Lado de Baja Presión

1)  Lado de Alta Presión

·         Compresor: Succiona el refrigerante en estado gaseoso, que se encuentra en el evaporador, lo  comprime  incrementándose la presión y temperatura del mismo, luego descarga   el refrigerante en forma de gas sobrecalentado hacia el condensador.

·         Condensador: Es donde se extrae el calor del refrigerante por medios naturales o artificiales (forzado). El refrigerante es recibido por el condensador en forma de gas y es enfriado al pasar por los tubos hasta convertir toda la masa refrigerante en líquido; su diseño debe garantizar el cumplimiento de este proceso, de lo contrario se presentarán problemas de funcionamiento.

Para condensadores enfriados por aire, puede decirse que la temperatura del refrigerante  en promedio es de 15 °C mayor que la del aire alrededor del condensador.

(Temperatura del condensador = Temperatura ambiente + 15ºC).

·         Dispositivo de expansión: Este elemento cumple la función de estrangular el flujo de refrigerante en estado líquido, debido a que debe pasar por un orificio con un diámetro mucho menor al de la tubería del condensador, con esto se produce una caída súbita de presión obligando al líquido a entrar al evaporador.  Los dispositivos de expansión pueden ser una válvula de expansión o un tubo de diámetro muy pequeño en relación a su longitud, denominado tubo capilar.

Otro elemento fundamental para el buen funcionamiento del ciclo de refrigeración  y que se ubica también en el lado de alta presión, es el Filtro Secador.

·         Filtro secador: su propósito es retener la humedad residual contenida en el refrigerante y al mismo tiempo filtrar las partículas sólidas, tanto de metales como cualquier otro material que circule en el sistema. Normalmente se coloca después del condensador  y antes de la entrada del sistema de expansión del líquido. La selección del tamaño adecuado es importante para que retenga toda la humedad remanente, después de una buena limpieza y evacuación del sistema.

2)  Lado de Baja Presión

·         Evaporador: suministra calor al vapor del refrigerante que se encuentra en condiciones de cambio  de estado de líquido a gas, extrayendo dicho calor de los productos o del medio que se desea refrigerar.

El evaporador debe ser calculado para que garantice la evaporación total del refrigerante y producir un ligero sobrecalentamiento del gas antes de salir de él, evitando el peligroso efecto de entrada de líquido al compresor, que puede observarse como presencia de escarcha en la succión, lo cual prácticamente representa una condición que tarde o temprano provocará su falla. Cumpliendo el ciclo, el sistema se cierra nuevamente al succionar el refrigerante el compresor en condiciones de gas sobrecalentado.


Ahora trata de armar el Ciclo Básico de Refrigeración... Inténtalo. 

18 Ciclo_de_Refrigeracion

NOTA: Es preciso señalar que cada uno de estos componentes que integran el Ciclo Básico de Refrigeración, serán abordados de forma independiente en las siguientes clases, con el fin de profundizar en cuanto a su definición, características, tipos y función en el sistema.