Fundamentos de la Máquina Frigorífica

Una máquina frigorífica es cualquier dispositivo capaz de hacer descender la temperatura de un determinado objeto o lugar para hacerla inferior a la de su entorno.

Principio de Funcionamiento de la Refrigeración

Para explicar su funcionamiento, hay que tener en cuenta dos principios fundamentales de la termodinámica:

• Existe una relación constante entre el trabajo desarrollado y el calor consumido (o viceversa), siempre que el estado final del sistema sea igual al inicial.
• El calor no se puede transferir espontáneamente de un cuerpo más frío a otro más caliente (Segundo Principio de la Termodinámica).

El frío se produce por la evaporación de un fluido frigorígeno (o refrigerante), que es una sustancia que cambia de estado por condensación o por evaporación a unas presiones y temperaturas determinadas.

Fluidos Refrigerantes Históricos y Actuales

Fluidos que se han empleado históricamente y en la actualidad incluyen: agua, cloruros de metilo y etilo, amoníaco, propano, butano e hidrocarburos fluorados y clorados.

Ciclo Básico de Refrigeración y Componentes

El ciclo de refrigeración se compone de cuatro etapas principales:

1. Compresión: El fluido es comprimido en el compresor, donde se le aporta energía.
2. Condensación: El fluido se licúa (se condensa) para enfriamiento en el condensador.
3. Expansión: Es sometido a un proceso de expansión en el sistema de expansión (válvula de expansión). Así, el fluido reduce su presión hasta alcanzar la del evaporador.
4. Evaporación: En el evaporador, el fluido se evapora.

Finalmente, el fluido recupera las condiciones iniciales y vuelve a pasar por el compresor, completando un nuevo ciclo.

Esquema General de un Sistema Frigorífico

El Compresor

La misión del compresor es doble: comprime el fluido frigorígeno en estado de vapor y facilita la circulación del fluido a lo largo del ciclo. El compresor es movido por un motor de arrastre que consume la energía que se aporta al sistema.

El Condensador

El fluido frigorígeno entra en el condensador, donde se produce la licuefacción por circulación de aire o de agua. En esta fase, cede una cantidad de calor y disminuye su volumen a presión constante.

Acumulador y Válvula de Expansión

En el acumulador se almacena el fluido frigorígeno procedente del condensador y se alimenta el evaporador a través de la válvula de expansión. El fluido se expande y su volumen aumenta.

El Evaporador

En el evaporador se origina la transformación del fluido frigorígeno en vapor, donde toma una cantidad de calor del entorno y provoca el enfriamiento. A la salida del evaporador, el fluido frigorígeno está en las condiciones iniciales para reiniciar el ciclo.

Aplicaciones de la Tecnología Frigorífica

Las aplicaciones de estos sistemas son extensas e incluyen:

• La industria alimentaria.
• La distribución de artículos perecederos.
• El acondicionamiento de aire (climatización).
• Refrigeración y congelación doméstica.
• Medicina (para enfriar órganos, almacenamiento de muestras, etc.).

La Bomba de Calor: Principio y Diferencias

Una bomba de calor es una máquina frigorífica capaz de aprovechar el calor cedido en el condensador para calentar un determinado espacio. Su principio de funcionamiento es idéntico al de las máquinas frigoríficas, con una diferencia clave en su propósito:

• La máquina frigorífica está destinada y proyectada para producir un efecto frigorífico en el evaporador.
• La bomba de calor está destinada y proyectada para producir un efecto frigorífico en el evaporador y un efecto calorífico en el condensador.

Clasificación de las Bombas de Calor

Bomba de Calor Agua-Agua

El foco frío puede ser agua con una temperatura entre 13 °C y 15 °C. Con una bomba hidráulica, se hace llegar el agua al evaporador. El fluido frigorígeno toma una cantidad de calor y se evapora. El agua al salir tiene una temperatura de unos 5 °C. El agua que entra por el circuito del condensador toma las calorías que cede el fluido frigorígeno en el proceso de condensación. A la salida, hay agua caliente con una temperatura de 50 °C.

Bomba de Calor Aire-Aire

Se utiliza como foco frío el aire recogido por el ventilador, que va hacia el evaporador. El fluido frigorígeno toma una cierta cantidad de calor y se evapora. A la salida, el aire está más frío.

En el condensador, se utiliza aire como foco caliente, impulsado por otro ventilador. El fluido frigorígeno cede una cantidad de calor al licuarse, y a la salida, el aire está a una temperatura de unos 50 °C.

Otros Tipos de Bombas de Calor

• Las bombas de calor Sol-Aire y Sol-Agua utilizan el sol como foco frío.
• Las Bombas de Calor Reversibles funcionan como dispositivo de calefacción en invierno o como máquina frigorífica en verano.