Por: Jaime Jordy Jimenez Gomez,
La refrigeración se emplea para extraer calor de un recinto,
disipándolo en el ambiente. Se dice que hay refrigeración cuando la temperatura
deseada es menor que la del ambiente.
Este servicio es de gran importancia en la industria
alimentaria, para la licuación de gases y para la condensación de vapores.
La transferencia de calor de un medio de baja temperatura a
uno de alta temperatura requiere de dispositivos especiales llamados
refrigeradores; estos son dispositivos cíclicos cuyo fluido de trabajo se
denomina refrigerante.
Existen varias clases de procesos de refrigeración, pero por
su difusión se destacan dos:
En este caso se consume energía mecánica en un compresor que
comprime al fluido de trabajo evaporado que viene del evaporador (cámara fría)
de modo que el calor que tomo el fluido refrigerante en el evaporador pueda ser
disipado a un nivel térmico superior en el condensador. Luego de ello, el
fluido pasa a un expansor, que es una simple válvula (orificio capilar) de modo
que el fluido condensado a alta presión que sale relativamente frio del
condensador al expandirse se vaporiza, con lo que se enfría considerablemente
ya que para ello requiere de una gran cantidad de calor (dada por su calor
latente de vaporización) que toma del recinto que está refrigerando.
El calor que toma el fluido refrigerante a baja temperatura
y presión es cedido a temperatura intermedia y alta presión luego de haber
evaporado de una solución por medio de un calentamiento. Se diferencia del
anterior por no requerir energía mecánica, y se puede usar cualquier fuente de
calor que resulte económica.
Ambos tipos producen una región fría por evaporación de un
fluido refrigerante a baja temperatura y presión.
Esto solo puede ser posible si se hace un trabajo sobre el
refrigerador. Por lo tanto, se ve que el refrigerador transfiere calor del
cuerpo más frio (el contenido del refrigerador) a un cuerpo más caliente (el cuarto).
Elementos principales:
Estos son los cuatro
elementos principales que componen el ciclo de refrigeración, sin alguno
de ellos el ciclo es imposible que se lleve a cabo. A continuación veremos cuál
es la misión de cada uno de ellos dentro del circuito frigorífico y su
principio de funcionamiento.
El compresor:
La función del compresor en el ciclo de refrigeración es
aspirar el vapor del evaporador y ayudarlo a entrar en el condensador. Este
trabajo lo consigue mediante la aportación de una energía exterior, como es la
electricidad.
El condensador:
La misión del condensador es extraerle el calor al
refrigerante. Este calor, en principio, es la suma del calor absorbido por el
evaporador y el producido por el trabajo de compresión.
La válvula de expansión:
La misión fundamental de la válvula de expansión en el ciclo
de refrigeración es la de proporcionar la diferencia de presión establecida
entre los lados de alta y de baja presión del circuito de refrigeración.
La forma más simple para lograrlo es mediante un tubo
capilar entre el condensador y el evaporador, de manera que este le produzca
una pérdida de carga al refrigerante. Esta solución, del tubo capilar, es
válida para pequeñas instalaciones, pero cuando se trata de regular grandes
cantidades de refrigerante es conveniente el uso de la válvula de expansión.
En tal caso se utilizan válvulas de expansión termostáticas,
que utilizan un bulbo palpador que se coloca a la salida del evaporador, en
contacto con la tubería, y que tiene en su interior una cantidad del mismo
refrigerante que utiliza el circuito. Si se produce un enfriamiento del vapor
que sale del evaporador, se enfría el bulbo y disminuye la presión que se
transmite a la válvula, y ésta se cierra, por lo que llegará menos refrigerante
al evaporador. Si llega menos refrigerante habrá más superficie de
recalentamiento y aumentara la temperatura de recalentamiento.
El evaporador:
Este elemento es un intercambiador de calor que, por sus
necesidades caloríficas, absorbe calor del medio en el que se encuentra, con lo
cual lo enfría.
Normalmente es de circulación forzada de aire mediante
ventilador, y se utilizan tubos de aletas para aumentar la superficie de
intercambio.
Llegados a este punto y sabiendo cuales son los principales
elementos que forman el ciclo de refrigeración, ahora solo nos queda saber cuál
es el comportamiento del refrigerante en dichos elementos.
Otros componentes:
Receptor (Depósito):
Su función consiste en proporcionar el almacenamiento para
el líquido procedente del condensador para que haya un suministro constante de
líquido para el evaporador, según las necesidades del mismo.
Línea de Líquido:
Su función consiste en llevar el refrigerante líquido desde
el receptor hacia el control de flujo de refrigerante.
Control de Flujo de Refrigerante:
Sus funciones consisten en medir la cantidad adecuada de
refrigerante que va hacia el evaporador y en reducir la presión del líquido que
entra en el evaporador, para que así el líquido se evapore en el evaporador a la
temperatura baja deseada.
Línea de Descarga:
Su función es entregar el vapor a presión alta y temperatura
alta desde el compresor hasta el condensador.
Lado de Alta y Baja:
Un sistema de refrigeración se divide en dos partes según la
presión que el refrigerante ejerce en estas dos partes.
Lado de Baja:
La parte de baja presión del sistema se compone del control
de flujo de refrigerante, el evaporador y la línea de aspiración. La presión
que ejerce el refrigerante en estas partes es la presión baja necesaria para
que el refrigerante se evapore en el evaporador. Esta presión se conoce como
“presión baja”, “presión del lado baja”, “presión de aspiración” o “presión de
evaporación“.
Lado de Alta:
La parte de alta presión del sistema se compone del compresor, la línea
de descarga, el condensador, el receptor y la línea de líquido. La presión que
ejerce el refrigerante en esta parte del sistema es la presión alta necesaria
para la condensación del refrigerante en el condensador. Esta presión se llama
“presión alta”, “presión de descarga” o “presión de condensación”.
Los puntos divisorios ente los lados de presión alta y baja
del sistema son el control de flujo de refrigerante, donde la presión del
refrigerante se reduce de la presión de condensación a la presión de evaporación,
y las válvulas de descarga en el compresor, a través de las cuales el vapor de
alta presión se expulsa después de la compresión.
Comportamiento del refrigerante:
Centrémonos antes de la válvula de expansión en el que el
refrigerante se encuentra en estado líquido a una cierta presión; su paso al
evaporador lo controla la válvula de expansión termostática, cuyo
funcionamiento está regulado por la temperatura y por la presión.
Esta válvula le produce una pérdida de carga al refrigerante
mediante una estrangulación brusca que hace que la presión descienda desde la
que tenía en el inicio (salida del condensador), hasta la existente a la
entrada del evaporador.
La válvula es la que regula las dos partes del ciclo de
refrigeración, la zona de alta presión y la zona de baja presión.
Esta bajada de presión en el evaporador hace que el
refrigerante hierva y se produzca su evaporación, absorbiendo calor del recinto
en que se encuentra a través del aire del mismo, y transfiriéndolo al líquido,
que se va transformando en vapor en el interior de los tubos del evaporador,
hasta que se evapora totalmente.
El refrigerante entra en el compresor a baja presión y
temperatura, en forma de gas, es comprimido, aumentando su presión y su temperatura,
donde comienza el compresor. Ahora entra en el condensador y mediante la acción
de un fluido exterior (agua o aire), se le extrae calor al refrigerante, lo
cual produce un enfriamiento del mismo favoreciendo su condensación hasta
alcanzar el estado líquido; a partir de aquí es impulsado de nuevo hacia la
válvula de expansión donde se repite el ciclo frigorífico.
Bibliografía:
Excelente. Felicidades!
ResponderEliminarExcelente investigación y conformación de contenido de la publicación.
ResponderEliminarbb
EliminarHola , buena información 👍
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