Fundamentos de Sistemas Frigoríficos: Componentes y Ciclo de Compresión

Componentes Fundamentales de los Sistemas Frigoríficos

Expansores

El expansor es un componente crucial que divide el circuito en dos partes, una de alta y otra de baja presión. Su función principal es mantener las presiones adecuadas en ambos lados y controlar la entrada de refrigerante al evaporador.

Tipos de Dispositivos de Expansión:

• Tubo capilar: Un tubo de diámetro pequeño que conecta el condensador con el evaporador, regulando el flujo de refrigerante.
• Válvula de expansión manual: Permite el ajuste manual del flujo de refrigerante.
• Válvula de expansión termostática (VET/VXT): Regula el flujo de refrigerante en función del sobrecalentamiento del vapor a la salida del evaporador. Incluye variantes como:
  • Con igualador externo.
  • Tipo MOP (Maximum Operating Pressure).
  • Electrónicas.
• Válvula de flotación: Utiliza el nivel de líquido para controlar el flujo de refrigerante.

Evaporadores

El evaporador es un intercambiador de calor encargado de absorber el calor del medio a refrigerar, permitiendo que el refrigerante cambie de estado líquido a vapor.

Tipos de Evaporadores:

• Según su constitución física:
  • De placas.
  • De tubo liso.
  • De tubo con aletas.
• Según el fluido a enfriar:
  • De aire.
  • De agua.
• Según el estado del refrigerante en el interior del evaporador:
  • Secos (expansión directa).
  • Inundados.
• Según el espacio en el que se realice la evaporación:
  • De expansión directa.
  • De expansión indirecta.

Condensadores

El condensador es otro intercambiador de calor fundamental, cuya función es ceder al ambiente el calor que el refrigerante ha absorbido durante su recorrido por el circuito, provocando su cambio de estado de vapor a líquido.

Tipos de Condensadores:

• Enfriados por aire:
  • Por convección natural o forzada.
  • De tubo liso.
  • De tubo con aletas.
• Enfriados por agua:
  • De doble tubo.
  • Multitubulares.
• Enfriados por aire y agua (evaporativos): Combinan ambos métodos para una mayor eficiencia.

Elementos Auxiliares del Circuito Frigorífico

Además de los componentes principales, los sistemas de refrigeración incluyen diversos elementos auxiliares que optimizan su funcionamiento y seguridad.

Tuberías Auxiliares:

• Línea o tubería de aspiración: Conecta el evaporador con la entrada del compresor.
• Línea o tubería de descarga: Va desde la salida del compresor hasta el condensador.
• Línea de líquido: Conecta la salida del condensador con la entrada del expansor.

Accesorios de la Línea de Descarga:

• Separador de lubricante: Evita el paso de aceite al circuito de refrigerante.
• Latiguillo antivibrador: Impide la transmisión de vibraciones desde el compresor al resto del sistema.

Accesorios de la Línea de Líquido:

• Depósito de líquido: Almacena refrigerante líquido para asegurar un suministro constante al expansor.
• Filtro deshidratador: Retiene la humedad y elimina partículas de suciedad del refrigerante.
• Visor de líquido: Permite verificar que el refrigerante se encuentra en estado líquido y que el circuito está libre de humedad.
• Purgador de incondensables: Elimina gases no condensables que puedan acumularse en el sistema.
• Intercambiador intermedio: Asegura la recepción de refrigerante en estado líquido al expansor, mejorando la eficiencia.

Accesorios de la Línea de Aspiración:

• Recipiente antigolpe de líquido (acumulador de succión): Protege el compresor de posibles retornos de refrigerante líquido.

Representación del Ciclo de Compresión

El ciclo de compresión de vapor es el proceso termodinámico fundamental en los sistemas de refrigeración. A continuación, se describen los puntos clave y las transformaciones del refrigerante en un diagrama P-h (presión-entalpía):

Puntos Clave del Ciclo:

A:

Mezcla de líquido y vapor a la entrada del evaporador.

B:

Vapor saturado, generalmente en las últimas filas del evaporador.

C:

Vapor recalentado en la aspiración del compresor.

D:

Vapor recalentado en la descarga del compresor.

E:

Vapor saturado en las primeras filas del condensador.

F:

Líquido saturado dentro del condensador y cerca del final de este.

G:

Líquido subenfriado a la salida del condensador.

Procesos del Ciclo:

• A-B (Evaporador): Representa la ebullición del refrigerante líquido. En el punto A, llega al evaporador una mezcla de refrigerante líquido y vapor proveniente del dispositivo de expansión, a baja temperatura y baja presión.
• B-C (Evaporador - Recalentamiento): Se produce un recalentamiento del vapor, cediendo calor sensible al vapor refrigerante y alejándolo de la línea de saturación, lo que protege al compresor.
• C-D (Compresor): El refrigerante aumenta su presión y, por tanto, su temperatura debido al trabajo de compresión.
• D-E (Condensador - Desrecalentamiento): El vapor cede calor al medio condensante, perdiendo temperatura pero permaneciendo en estado de vapor.
• E-F (Condensador - Condensación): El vapor refrigerante continúa cediendo calor al medio condensante, condensándose y volviéndose líquido. A medida que se avanza en el condensador, aumenta la proporción de líquido y disminuye la de vapor.
• F-G (Condensador - Subenfriamiento): Se produce el subenfriamiento, por el cual el refrigerante pierde temperatura adicional cediendo calor sensible al medio condensante, asegurando que el refrigerante llegue al expansor completamente líquido.
• G-A (Dispositivo de Expansión): Aunque no se describe explícitamente en los puntos, este proceso cierra el ciclo, donde el líquido subenfriado se expande, reduciendo su presión y temperatura antes de entrar al evaporador.