Fundamentos de Sistemas de Refrigeración y Bombas de Calor Industriales

Fluidos Refrigerantes: Propiedades Esenciales

Los fluidos refrigerantes deben cumplir con características técnicas críticas para garantizar la eficiencia del sistema:

• Elevado calor latente de vaporización.
• Presión de vaporización superior a la atmosférica.
• Baja presión de condensación.
• Elevada conductividad térmica.
• Baja viscosidad.
• Inercia y estabilidad química.
• Inmiscibilidad o miscibilidad total en el aceite del compresor y solubilidad en agua.

Máquinas Frigoríficas de Compresión Mecánica

En estos sistemas, la compresión se verifica generalmente en la región de sobrecalentamiento, ya que resulta imposible que la evaporación finalice exactamente en el punto A de Carnot. Además, la presencia de líquido en el compresor originaría problemas de corrosión.

Componentes y Funcionamiento

• Subenfriamiento: El líquido condensado se somete a un subenfriamiento antes de sufrir la correspondiente expansión.
• Expansión: Se sustituye la turbina por una válvula de estrangulamiento o válvula de laminación. Estas se basan en la disminución de presión que experimenta un fluido al pasar por un estrechamiento, logrando un ahorro significativo en inversión de equipo y mantenimiento.

Bomba de Calor: Funcionamiento y Aplicaciones

La bomba de calor cede la máxima cantidad de calor a un sistema que actúa como foco caliente, absorbiendo energía del ambiente a una temperatura inferior.

• Proceso: El agua fría que circula se enfría en el evaporador, cediendo calor al fluido frigorífico, el cual se evapora.
• Ciclo: El vapor atraviesa el compresor, llega al condensador y se licua, cediendo calor al agua caliente que circula a través de un sistema de radiadores.

Bomba de Calor Reversible

Una bomba de calor puede operar como refrigerador mediante la incorporación de una válvula reversible, la cual permite intercambiar las funciones del evaporador y del condensador.

Máquina Frigorífica de Carnot

El fluido frigorífico extrae una cantidad de calor del foco frío y cede calor al foco caliente.

Elementos Principales

• Condensador: Foco caliente.
• Evaporador: Foco frío.
• Compresor: Eleva la presión y temperatura del fluido evaporado.
• Expansor o turbina: El líquido disminuye su presión y temperatura.

Etapas del Ciclo

1. Compresión: Aumenta la presión y la temperatura del fluido refrigerante. El trabajo realizado por el compresor es absorbido por el fluido.
2. Condensación: El fluido llega al condensador y se refrigera mediante agua fría. El fluido se licua y cede calor al agua de refrigeración, manteniendo su temperatura constante.
3. Expansión: El líquido enfriado se expansiona, disminuyendo su presión y temperatura, vaporizándose parcialmente.
4. Evaporación: El fluido llega al evaporador y se vaporiza casi en su totalidad a presión constante, absorbiendo calor del recinto que se desea enfriar.