Refrigeracin y Aire Acondicionado

ELEMENTOS QUE CONFORMAN UN SISTEMA DE REFRIGERACIN

La refrigeracin:

Proceso por el que se reduce la temperatura de un espacio determinado y se

mantiene esta temperatura baja con el fin, por ejemplo, de enfriar alimentos,

conservar determinadas sustancias o conseguir un ambiente agradable. El

almacenamiento refrigerado de alimentos perecederos, pieles, productos

farmacuticos y otros se conoce como almacenamiento en fro. La refrigeracin

evita el crecimiento de bacterias e impide algunas reacciones qumicas no deseadas

que pueden tener lugar a temperatura ambiente.

El uso de hielo de origen natural o artificial como refrigerante estaba muy extendido

hasta poco antes de la I Guerra Mundial, cuando aparecieron los refrigeradores

mecnicos y elctricos. La eficacia del hielo como refrigerante es debida a que tiene

una temperatura de fusin de 0 C y para fundirse tiene que absorber una cantidad

de calor equivalente a 333,1 kJ/kg. La presencia de una sal en el hielo reduce en

varios grados el punto de fusin del mismo. Los alimentos que se mantienen a esta

temperatura o ligeramente por encima de ella pueden conservarse durante ms

tiempo.

El dixido de carbono slido, conocido como hielo seco o nieve carbnica, tambin

se usa como refrigerante. A la presin atmosfrica normal no tiene fase lquida, y

sublima directamente de la fase slida a la gaseosa a una temperatura de - 78,5 C.

La nieve carbnica es eficaz para conservar productos a bajas temperaturas

mientras dura su sublimacin.

En la refrigeracin mecnica se obtiene un enfriamiento constante mediante la

circulacin de un refrigerante en un circuito cerrado, donde se evapora y se vuelve

a condensar en un ciclo continuo. Si no existen prdidas, el refrigerante sirve para

toda la vida til del sistema. Todo lo que se necesita para mantener el enfriamiento

es un suministro continuo de energa y un mtodo para disipar el calor. Los dos tipos

principales de sistemas mecnicos de refrigeracin son el sistema de compresin,

empleado en los refrigeradores domsticos grandes y en la mayora de los aparatos

de aire acondicionado, y el sistema de absorcin, que en la actualidad se usa sobre

todo en los acondicionadores de aire por calor, aunque en el pasado tambin se

empleaba en refrigeradores domsticos por calor.

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Los refrigerantes:

Para cada refrigerante existe una temperatura especfica de vaporizacin asociada

con cada presin, por lo que basta controlar la presin del evaporador para obtener

la temperatura deseada. En el condensador existe una relacin similar entre la

presin y la temperatura. Durante muchos aos, uno de los refrigerantes ms

utilizados fue el diclorodifluorometano, conocido como refrigerante-12. Este

compuesto clorofluorocarbonado (CFC) sinttico se transformaba en vapor a -6,7

C a una presin de 246,2 kPa (kilopascales), y despus de comprimirse a 909,2

kPa se condensaba a 37,8 C.

En los refrigeradores pequeos empleados en las viviendas para almacenar

comida, el calor del condensador se disipa a la habitacin donde se sita. En los

acondicionadores de aire, el calor del condensador debe disiparse al exterior o

directamente al agua de refrigeracin.

En un sistema domstico de refrigeracin, el evaporador siempre se sita en un

espacio aislado trmicamente. A veces, este espacio constituye todo el refrigerador.

El compresor suele tener una capacidad excesiva, de forma que si funcionara

continuamente producira temperaturas ms bajas de las deseadas. Para mantener

el refrigerador a la temperatura adecuada, el motor que impulsa el compresor est

controlado por un termostato o regulador.

Los congeladores para alimentos ultracongelados son similares a los anteriores,

slo que su compresor y motor tienen que tener la potencia y tamao suficientes

para manejar un mayor volumen de refrigerante con una presin menor en el

evaporador. Por ejemplo, para mantener una temperatura de -23,3 C con

refrigerante-12 se necesitara una presin de 132,3 kPa en el evaporador.

El refrigerante-12 y otros dos CFC, el refrigerante-11 y el refrigerante-22, eran los

principales compuestos empleados en los sistemas de enfriamiento y aislamiento

de los refrigeradores domsticos. Sin embargo, se ha descubierto que los CFC

suponen una grave amenaza para el medio ambiente del planeta por su papel en la

destruccin de la capa de ozono. Segn el Protocolo de Montreal (vase

Contaminacin atmosfrica: Medidas gubernamentales), la fabricacin de CFC

deba finalizar al final de 1995. Los hidroclorofluorocarbonos, HCFC, y el

metilbromuro no daan la capa de ozono pero producen gases de efecto

invernadero. Los HCFC se retirarn en el 2015 y el consumo de metilbromuro se

limitar progresivamente. La industria de la refrigeracin debera adoptar

rpidamente otros compuestos alternativos no perjudiciales, como el

metilcloroformo.

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Elementos que conforman un sistema de refrigeracin:

Los elementos de un circuito de refrigeracin en un sistema frigorfico corresponde a un cmulo de diferentes dispositivos tanto mecnicos como trmicos, los cuales operan en conjunto e interconectados entre s, a fin de generar el fenmeno de la refrigeracin.

A continuacin se presentan los elementos de refrigeracin pertenecientes al sistema de refrigeracin por compresin de una etapa y expansin directa, clsico tanto en refrigeradores, congeladores y cmaras de refrigeracin de baja capacidad, as como en equipos de aire acondicionado.

Se diferencian cuatro elementos principales en el ciclo de refrigeracin por

compresin:

Elementos principales:

Compresor

Evaporador

Condensador

Elemento expansor

Fig. 1 Refrigerantes

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Elementos secundarios:

Filtro deshidratador Separador de aceite. Indicador de humedad y lquido. Presostato de baja presin Presostato de alta presin. Acumulador de lquido Vlvula de solenoide

Compresor

Es el elemento que comprime el gas, lo aspira de la atmosfera en fase gaseosa y

de baja presin, expulsndolo hacia el condensador en forma de gas, con alta

presin y alta temperatura. Este es lubricado por un aceite especfico, es mandado

por una correa va un embrague electromagntico.

Embrague del compresor: Como el compresor no necesita ser mandado de

manera permanente, est provisto de un embrague electromagntico.

Tipos de compresores

Compresores Centrfugos

Compresores Scroll

Compresores de Tornillo

Compresores de Pinstn

Fig. 2 Embrague electromagntico

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Evaporador

Es el lugar de la instalacin donde se produce el intercambio trmico entre el

refrigerante y el medio a enfriar (aire, agua o algo que se desea enfriar)

Tipos de evaporadores:

Expansin seca: En los evaporadores de expansin seca, la alimentacin

del fluido frigorgeno se realiza mediante un dispositivo de expansin de

forma que el lquido se evapora totalmente a lo largo del evaporador del cual

sale, generalmente, con un ligero sobrecalentamiento; el lquido frigorgeno

est en la proporcin estrictamente necesaria, para formar un vapor saturado

seco, que va a proporcionar un buen funcionamiento en el compresor.

En los evaporadores de expansin seca, la vlvula de laminacin controla el

ritmo de admisin del fluido frigorgeno en el evaporador de tal forma que

todo el lquido se evapora a lo largo de la longitud del evaporador, del cual

puede salir en forma de vapor saturado seco, o como ocurre generalmente,

en forma de vapor recalentado.

Fig. 5 Evaporador de expansin seca

Fig. 3 Diferentes tipos de compresores Fig. 4 Partes del compresor

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Expansin inundada: En los evaporadores inundados, su interior se

encuentra siempre completamente lleno de fluido frigorgeno lquido,

regulndose la alimentacin del mismo mediante una vlvula de flotador, que

mantiene constante el nivel de lquido en el evaporador; son una variante del

modelo anterior, pero con una expansin del lquido frigorgeno ms rpida y

uniforme, mediante tubos unidos en derivacin a unos colectores de

distribucin.

Los evaporadores inundados estn constituidos por una serie de tubos

conectados por un extremo a otro tubo de dimetro mayor, por el que entra

el lquido frigorgeno, y por el otro extremo se unen a otro tubo, tambin de

dimetro mayor que el anterior, a travs del cual se efecta de forma

homognea la aspiracin del fluido frigorgeno vaporizado, por el compresor.

Para que la distribucin de lquido frigorgeno sea uniforme, es necesario que

los evaporadores de este tipo se instalen bien nivelados; se suele dotar a los

tubos de aletas de refrigeracin para mejorar las condiciones de

funcionamiento.

Condensador

La unidad compresora tiene como misin aspirar el vapor del fluido frigorgeno

formado en el evaporador, comprimirlo hasta un valor apto para la condensacin y,

una vez licuado en el condensador, utilizarlo nuevamente en el proceso de

refrigeracin de la cmara frigorfica.El tamao del condensador es funcin de la

cantidad de fluido frigorgeno que se comprima, de-pendiendo de ello la superficie

del mismo, como intercambiador de calor, para transmitir al fluido frigorgeno el calor

latente de la condensacin. En el condensador se va a producir la eliminacin de

calor al medio exterior a travs de un sistema de refrigeracin. El fluido frigorgeno,

que llega al condensador, lo hace en estado de vapor, saturado o recalentado, y

posee una temperatura superior a la del medio de refrigeracin que se va a utilizar

en el condensador, generalmente aire o agua, por lo que el fluido refrigerante, a la

Fig. 6 Evaporadores inundados

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temperatura del medio exterior, absorber el calor latente del fluido frigorgeno,

provocando su condensacin, el cual, una vez licuado y en muchos casos,

refrigerado en contracorriente con vapor del evaporador, pasa a la vlvula de

estrangulamiento, que lo lamina y expansiona, para volver de nuevo al evaporador,

e iniciar un nuevo ciclo.

La disminucin de presin, tiene como resultado la evaporacin parcial del lquido

frigorgeno, entrando en el evaporador parcialmente licuado.

En el condensador se cede a un fluido refrigerante exterior, tanto el calor absorbido

por el refrigerante en el evaporador, como el equivalente trmico del trabajo de

compresin, pasando el fluido frigorgeno del estado de vapor sobrecalentado al de

lquido subenfriado.

En la inmensa mayora de los casos el medio refrigerante es el aire, o el agua o una mezcla de ambos, clasificndose en:

Enfriados por agua Enfriados por aire Evaporativos

Elemento expansor

Este elemento est localizado cerca del evaporador; la misin de este es de

controlar el paso de refrigerante y separar la parte de alta presin con la de la baja

presin.

Fig. 7 Condensador enfriado por aire en conveccin

forzada Condensad

or enfriado

por aire en

convecci

n forzada

Fig. 8 Condensador Evaporativo

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Tipo de expansiones:

Tubo capilar. Vlvula de expansin termosttica. Vlvula de expansin automtica. Vlvula manual. Vlvula de flotador en la alta presin. Vlvula de flotador en la baja presin. Vlvula electrnica.

Fig. 9 Vlvula de expansin termosttica Fig. 10 Vlvula de flotador en la baja presin

Fig. 11 Sistema frigorfico por compresin

mecnica