Componentes y Funcionamiento de un Sistema de Refrigeración por Compresión

Componentes Principales de un Sistema de Refrigeración por Compresión

Un sistema de refrigeración por compresión consta de cuatro elementos fundamentales:

1. Compresor: Aspira el fluido refrigerante en estado gaseoso a baja presión y temperatura. Lo comprime, elevando su presión y temperatura a valores que permiten su posterior condensación.
2. Condensador: En este componente, el fluido refrigerante pasa del estado gaseoso al líquido. El refrigerante cede su calor a un agente condensante (que puede ser agua o aire).
3. Dispositivo de expansión (VET, VEE o Tubo Capilar): El refrigerante, que entra en estado líquido, experimenta una caída brusca de presión y temperatura. Este dispositivo también controla la cantidad de refrigerante que ingresa al evaporador.
4. Evaporador: Se encarga de enfriar el espacio o cámara deseada. El refrigerante, a baja presión y temperatura, cambia de estado a vapor, absorbiendo calor del ambiente (y por lo tanto, enfriándolo).

Zonas de Presión en el Sistema

• Alta Presión: Comprende desde la descarga del compresor hasta la entrada del dispositivo de expansión.
• Baja Presión: Se extiende desde la salida del dispositivo de expansión hasta la entrada del compresor.

Conceptos Clave

• Presión:
  • Unidades en el Sistema Internacional (SI): Pascal (Pa), Kilopascal (kPa) y Megapascal (MPa). 1 Pa = 1 N/m². También se usan Bar y ATM.
  • Presión Absoluta: Es la suma de la presión relativa (o manométrica) y la presión atmosférica.
• Humedad Relativa: Cantidad de agua (en forma de vapor u otro líquido) presente en una superficie, en el interior de un cuerpo o en el aire.
• Presión de Descarga: Corresponde a la zona de alta presión, desde la descarga del compresor hasta la entrada del dispositivo de expansión.
• Presión Intermedia: Es la presión que tiene el compresor a mitad de su recorrido de compresión.
• Presión de Aspiración: Corresponde a la zona de baja presión, entre la salida del dispositivo de expansión y la entrada del compresor.

Transferencia de Calor: Mecanismos Fundamentales

La transferencia de calor es un proceso crucial en la refrigeración. Existen tres mecanismos principales:

1. Convección: Se produce a través de un fluido (líquido o gas) que transporta calor al moverse. Un ejemplo es calentar agua en una olla: el agua caliente asciende y la fría desciende, creando un ciclo de transferencia de calor.
2. Conducción: Ocurre cuando dos cuerpos a diferentes temperaturas entran en contacto. El calor fluye del cuerpo más caliente al más frío hasta que se igualan las temperaturas. También ocurre dentro de un mismo cuerpo si existen zonas a distinta temperatura.
3. Radiación: La energía se transmite en forma de ondas electromagnéticas (como la luz o los rayos infrarrojos). El ejemplo más claro es la energía solar. En el vacío, la radiación es la única forma de transferencia de calor, ya que hay transporte de energía, pero no de materia (a diferencia de la convección y la conducción).

Ejemplo Práctico: Cambio de Estado del Agua

Para ilustrar los conceptos de calor y cambio de estado, consideremos el siguiente ejemplo:

1 kg de hielo a -10°C → Q1 → 1 kg de hielo a 0°C → Q2 → 1 kg de agua a 0°C → Q3 → 1 kg de agua a 100°C → Q4 → 1 kg de vapor a 100°C → Q5 → 1 kg de vapor a 120°C

Donde:

• Q1, Q3 y Q5 representan el calor sensible (cambio de temperatura sin cambio de estado).
• Q2 y Q4 representan el calor latente (cambio de estado sin cambio de temperatura).
• QT es el calor total: QT = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5

Cálculo de Q1 (calor sensible):

Q1 = masa * calor específico * (temperatura final - temperatura inicial)

Q1 = 1 kg * 2090 J/(kg*K) * (273 K - 263 K) = 20900 J = 20.9 kJ

Nota: Se utilizan grados Kelvin (K) para los cálculos termodinámicos. 0°C = 273 K.