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SAIRA MARTELO GENES, MAIRA LAMBRA
SARA JARMA ARROYO, HECTOR HERNAN
MAQUINARIAS Y EQUIPOS
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SISTEMAS DE REFRIGERACIN
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SISTEMAS DE REFRIGERACIN
SAIRA MARTELO GENES
MAIRA LAMBRAO
SARA JARMA ARROYO
HECTOR HERNNDEZ HERNANDEZ
Prof. ELKIN MEDELLIN
UNIVERSIDAD DE CORDOBA
FACULTAD DE INGENIERIAS
PROGRAMA DE INGENIERIA DE ALIMENTOS
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA DE ALIMENTOS
BERASTEGUI- CORDOBA
2013
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CONTENIDO
1. INTRODUCCIN ................................................................................................... 4
2. OBJETIVOS .......................................................................................................... 5
3. SISTEMAS DE REFRIGERACIN ........................................................................ 6
3.1. POR COMPRESIN DE VAPOR .................................................................... 6
3.2. POR ABSORCIN .......................................................................................... 8
3.3. POR TERMOELECTRICIDAD ........................................................................ 9
4. ELEMENTOS BSICOS DEL SISTEMA DE REFRIGERACIN ........................ 10
4.1. COMPRESOR ............................................................................................... 10
4.1.1. Partes constituyentes de un compresor .................................................... 10
4.1.2. Compresores de desplazamiento positivo o volumtricos ......................... 12
4.1.3. Compresores de desplazamiento cintico o dinmicos ............................. 16
4.1.4. Aplicaciones de los diferentes tipos de compresores ................................ 18
4.2. EVAPORADOR ............................................................................................. 18
4.2.1. Evaporadores segn el mtodo de alimentacin del refrigerante .............. 19
4.2.2. Evaporadores segn el tipo de construccin ............................................. 20
4.2.3. Evaporadores segn la fase de la materia a enfriar ................................. 22
4.3. CONDENSADOR .......................................................................................... 26
4.3.1. Condensadores enfriados por aire ............................................................ 264.3.2. Condensadores enfriados por agua .......................................................... 27
4.3.3. Condensadores evaporativos .................................................................... 28
4.4. DISPOSITIVOS DE EXPANSIN ................................................................. 29
4.4.1. Restrictor de rea fija ................................................................................ 30
4.4.2. Vlvulas de expansin .............................................................................. 30
4.5. ELEMENTOS ADICIONALES ....................................................................... 33
5. MANTENIMIENTO DE EQUIPOS DEL SISTEMA DE REFRIGERACIN .......... 376. SELECCIN DE EQUIPOS DEL SISTEMA DE REFRIGERACIN ................... 38
7. CONCLUSIONES ................................................................................................ 39
8. BIBLIOGRAFIA ................................................................................................... 40
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1. INTRODUCCIN
La Refrigeracin es una tcnica que se ha desarrollado con el transcurso del tiempo y elavance de la civilizacin; como resultado de las necesidades que la misma sociedadpresenta a medida que avanza la tecnologa y la invencin en diferentes campos,
contribuyendo a elevar el nivel de vida de las personas. La base sobre la que se fabricannuevas sustancias y materiales la suministra la ciencia, siendo un tema muy interesante laseleccin de los refrigerantes. La refrigeracin se puede definir como un procesotermodinmico, donde se extrae el calor de un cuerpo o espacio (bajando as sutemperatura) y llevarlo a otro lugar donde no es importante su efecto. En los alimentos lastemperaturas de refrigeracin estn comprendidas tpicamente entre el punto decongelacin de este (-1C) y unos 10C. Mediante el descenso de la temperatura seaumenta la vida til del producto fresco o procesado por la disminucin en la proliferacinde microorganismos, las actividades metablicas de tejidos animales y vegetales, yreacciones qumicas o bioqumicas deteriorantes.
Las aplicaciones de la Refrigeracin son muy numerosas, siendo una de las ms
comunes la conservacin de alimentos, acondicionamiento ambiental, enfriamiento deequipos y ltimamente en los desarrollos tecnolgicos de avanzada en el rea de losordenadores.
La diversidad de equipos empleados para refrigeracin es muy grande, y sufuncionamiento se ajusta, en trminos generales, a ciertos procesos termodinmicos talescomo: evaporacin, compresin, condensacin y expansin. Cada sistema tiene suscaractersticas particulares. Cada tipo de compresor opera segn distintos mecanismosde compresin (alternativos, rotativos, helicoidales, entre otros). Cada dispositivo decontrol est diseado para mantener algn parmetro de funcionamiento de un equipoentre determinados lmites, principalmente: temperaturas, presiones, acumulacin dehielo, entre otros fenmenos que se desea controlar. Algunos sistemas logran eliminar el
uso de compresores valindose de procesos de absorcin, pero a su vez requieren defuentes externas directa e indirecta, como por ejemplo: energa elctrica, gas natural,vapor de agua o calor residual. As pues, la seleccin de sistemas de Refrigeracin,dependen en gran medida de cuanta carga trmica se desea extraer, del tipo deinstalacin que se requiere y del costo tanto inicial como de mantenimiento.
A continuacin se presentarn conceptos bsicos y y los aspectos ms destacados de losdiferentes sistemas de Refrigeracin que existen.
http://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_termodin%C3%A1micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_termodin%C3%A1micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_termodin%C3%A1micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_termodin%C3%A1mico7/29/2019 SISTEMAS DE REFRIGERACIN FINAL
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2. OBJETIVOS
2.1. GENERAL
Estudiar los sistemas de refrigeracin, sus elementos bsicos y sus aplicaciones en la
industria agroalimentaria
2.2. ESPECIFICOS
2.2.1. Identificar los fundamentos conceptuales y la clasificacin de los sistemas de
refrigeracin
2.2.2. Estudiar y conocer los elementos bsicos de un sistema de refrigeracin
(compresor, evaporador, condensador, dispositivos de expansin y elementos
adicionales).
2.2.3. Analizar los requerimientos para el mantenimiento debido de los equipos de
sistemas de refrigeracin
2.2.4. Proponer una serie consecutiva de pasos para la seleccin de equipos del
sistema de refrigeracin
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3. SISTEMAS DE REFRIGERACIN
Los sistemas de refrigeracin o tambin denominados sistemas frigorficos son
arreglos mecnicos que utilizan propiedades termodinmicas de la materia para
trasladar energa trmica en forma de calor entre dos o ms focos, conforme se
requiera. Estn diseados primordialmente para disminuir la temperatura del producto
almacenado en cmaras frigorficas o cmaras de refrigeracin las cuales pueden
contener una variedad de alimentos o compuestos qumicos, conforme
especificaciones.
Existen tres tipos de sistemas de refrigeracin, aunque el ms usual es el sistema de
refrigeracin por compresin de vapor:
3.1. SISTEMA DE REFRIGERACIN POR COMPRESIN DE VAPOR:
La refrigeracin por compresin consiste en forzar mecnicamente la circulacin de
un fluido en un circuito cerrado creando zonas de alta y baja presin con el propsito
de que el fluido absorba calor en un lugar y lo disipe en el otro.
En las grandes instalaciones refrigeradoras se utiliza generalmente amoniaco como
agente frigorfico, mientras que en los refrigeradores domsticos se emplea anhdrido
sulfuroso, cloruro de metilo y fren.
3.1.1. Ciclo bsico:
El proceso de refrigeracin por compresin se logra evaporando un gas refrigerante
en estado lquido a travs de un dispositivo de expansin dentro de un intercambiador
de calor, denominado evaporador. Para evaporarse este requiere absorber calor
latente de vaporizacin. Al evaporarse el lquido refrigerante cambia su estado a
vapor. Durante el cambio de estado el refrigerante en estado de vapor absorbe
energa trmica del medio en contacto con el evaporador, bien sea este medio
gaseoso o lquido. A esta cantidad de calor contenido en el ambiente se le denomina
carga trmica. Luego de este intercambio energtico, un compresor mecnico se
encarga de aumentar la presin del vapor para poder condensarlo dentro de otro
intercambiador de calor conocido como condensador. En este intercambiador se
liberan del sistema frigorfico tanto el calor latente como el sensible, ambos
componentes de la carga trmica. Ya que este aumento de presin adems produce
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un aumento en su temperatura, para lograr el cambio de estado del fluido refrigerante
-y producir el sub enfriamiento del mismo- es necesario enfriarlo al interior del
condensador; esto suele hacerse por medio de aire y/o agua conforme el tipo de
condensador, definido muchas veces en funcin del refrigerante. De esta manera, el
refrigerante ya en estado lquido, puede evaporarse nuevamente a travs de la vlvula
de expansin y repetir el ciclo de refrigeracin por compresin.
Como se describi anteriormente, el ciclo bsico de este sistema de refrigeracin est
compuesto por un evaporador que recibe o absorbe el calor del recinto y se lo pasa al
refrigerante, por un compresor que comprime al refrigerante incrementando su presin
y temperatura, por un condensador que retira el calor que el refrigerante ha absorbido
en el evaporador y en el compresor al ambiente y tambin consta de una vlvula que
disminuye la presin del refrigerante y su temperatura. En el ciclo bsico se puedenidentificar 2 zonas: la de alta presin que contiene a los puntos 2 y 3, y la zona de
presin baja que contiene a los puntos 4 y 1. Desde el punto de vista de las fases del
refrigerante se identifican 2 zonas: donde est en fase liquida, que contiene los puntos
3 y 4 y la zona donde est la fase de vapor que contiene los puntos 1 y 2 (Fig.1).
Fig.1. Ciclo bsico de refrigeracin por compresin de vapor
Punto 1: Es el punto de entrada del refrigerante al compresor o de salida delevaporador, se caracteriza por presentar presin baja y estar en fase gaseosa.
Punto 2: Es el punto de entrada al condensador o de salida del compresor, se
caracteriza por tener presin alta y estar en fase de vapor.
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Punto 3: Es el punto de entrada al elemento de expansin (capilar o vlvula) y de
salida del condensador, se caracteriza por tener presin alta y estar en fase de
lquido.
Punto 4: Es el punto de entrada al evaporador o de salida del elemento de expansin,
se caracteriza por tener presin baja y estar en fase de lquido.
3.1.2. Mquinas que aplican la refrigeracin por compresin
Equipos de refrigeracin
Aire acondicionado
Refrigerador, nevera o frigorfico
Enfriador de agua
Tanque de leche
Cmara de refrigeracin
Fbrica de hielo
Aire acondicionado automotor
3.2. SISTEMA DE REFRIGERACIN POR ABSORCIN
El sistema de refrigeracin por absorcines un medio de producir fro que aprovecha
las propiedades de ciertas sustancias que absorben calor al cambiar de estado lquido
a gaseoso. As como en el sistema de compresin el ciclo se hace mediante un
compresor, en el caso de la absorcin, el ciclo se basa fsicamente en la capacidad
que tienen algunas sustancias, como el bromuro de litio, de absorber otra sustancia,
tal como el agua, en fase de vapor. Otra posibilidad es emplear el agua como
sustancia absorbente (disolvente) y como absorbida (soluto) amonaco.
3.2.1. Ciclo bsico:
El enfriamiento se consigue mediante la energa trmica de una llama de gas, de
resistencias elctricas, o de la condensacin de vapor de agua a baja presin en el
generador donde se encuentra la fuerte solucin de amoniaco y agua (licor fuerte);
luego al calentarse la solucin, debido a la llama de gas, o por otro medio, se
consigue que el amoniaco se desprenda en forma de gas caliente, lo cual aumenta la
presin cuando este gas se enfra en el condensador, bajo la accin de agua o aire
frio, se produce la condensacin y se convierte en amoniaco liquido. Fluye as por una
vlvula dentro del evaporador, donde enfra el aire circundante absorbiendo el calor
de este, lo cual produce nuevamente su evaporacin.
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El amoniaco en forma de vapor y baja presin entra al absorbedor, donde se mezcla
con un mezcla de agua con amoniaco en poca concentracin (licor suave) proveniente
del generador. El amoniaco es absorbido por el licor suave y esta nueva mezcla
concentrada (licor fuerte) es circulada por la bomba, fuera del absorbedor, a un
recipiente a alta presin llamado generador donde la llama de gas o la resistencia
elctrica se calienta y vuelve a repetirse el ciclo (Fig.2).
La mezcla que queda se convierte en licor suave que regresa al absorbedor a travs
de una vlvula restrictora que mantiene la diferencia de presin entre los lados de alta
y baja del sistema.
Fig.2. Ciclo bsico de refrigeracin por absorcin
En el ciclo mostrado anteriormente, las funciones del condensador, vlvula de
expansin y el evaporador son los mismos que en el ciclo de compresin de vapor. La
diferencia radica en el compresor que se ha sustituido por el sistema bomba-
generador-absorbedor.
3.3. SISTEMA DE REFRIGERACIN POR TERMOELECTRICIDAD
Consiste en placas semiconductoras que al aplicarles un voltaje de tipo directo, en un
lado de la placa se torne caliente y el otro lado frio, este mecanismo aun es muy
ineficiente pero con el paso del tiempo se est empleando en pequeos bebederos y
neveras para vehculos.
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4. ELEMENTOS BSICOS DEL SISTEMA DE REFRIGERACIN
4.1. COMPRESOR:
Un compresor es una mquina de fluido que est construida para aumentar la
presin y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los
gases y los vapores reduciendo el volumen especfico del mismo durante su paso a
travs del compresor. Esto se realiza a travs de un intercambio de energa entre la
mquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la
sustancia que pasa por l convirtindose en energa de flujo, aumentando su presin
y energa cintica impulsndola a fluir. Es el corazn del sistema, entre sus funciones
bsicas estn: bombear el refrigerante por el sistema y aumentar la presin del gas
refrigerante y por ende su temperatura.
4.1.1. Partes constituyentes de un compresor
Para estudiar las partes constituyentes de un compresor se ha elegido un compresor
alternativo, por ser el tipo de compresor ms utilizado (Fig.3):
Fig.3. Partes constituyentes de un compresor
Crter: depsito de aceite lubricante donde se mueve el cigeal y las bielas.
Cilindro: alojamiento cilndrico del mbolo.
Embolo o pistn: elemento compresor mvil, en los cilindros (Fig.4).
Fig.4. Esquema de pistones
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Segmentos: aros colocados en el pistn que aseguran la estanqueidad entre el
mbolo y las paredes del cilindro (Fig.5).
Fig.5. Esquema de segmentos Buln o eje del mbolo: articulacin entre la biela y el pistn (Fig.6).
Fig.6. Sujecin de bulones a las bielas.
Biela: acciona el pistn y transforma el movimiento de rotacin del cigeal o de la
excntrica en movimiento alternativo (Fig.7)
Fig.7. Bielas
Cigeal: elemento dotado con movimiento de rotacin y accionado por la
mquina motriz y en cuyos cuellos van fijadas las bielas (Fig.8)
Fig.8. Cigueal
Excntrica: un eje de rotacin y una excntrica sustituyen al cigeal en algunos
compresores, principalmente en los pequeos (Fig.9)
Fig.9. Eje y excntrica
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Cojinetes principales: son los apoyos del eje o cigeal.
Vlvulas de aspiracin y de impulsin: controlan el paso del refrigerante al
compresor. Junto con el cierre del cigeal, son las partes ms delicadas del
compresor (Fig.10)
Fig.10. Tipos de vlvulas de succin
Cierre del cigeal (prensaestopas): impide las fugas del fluido refrigerante y del
aceite y las entradas de aire al crter por el orificio de salida del cigeal (Fig.11)
Fig.11. Prensaestopas de diafragma
Cabeza del cilindro: base superior del cilindro. Contiene la placa de vlvulas y el
resorte de seguridad de las vlvulas de compresin.
Volante: hace girar el compresor por medio de la transmisin de una o ms correas
que conectan con la polea del motor (Fig.12).
Fig.12. Volante y polea del motor
Basndose en el principio de funcionamiento se distinguen dos grupos
principales de compresores:
4.1.2. Compresores de desplazamiento positivo, o volumtricos.
En este tipo de compresores se aplica una fuerza exterior para obligar a un cierto
volumen de gas o vapor a desplazarse desde el recinto a baja presin hasta el recinto
a alta presin. Estas maquinas a su vez se clasifican en:
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Fig.13. Compresoralternativo
a) Compresores alternativos: El desplazamiento
alternativo de un mbolo es el que obliga al gas a
desplazarse permitiendo as la compresin. Utilizan
pistones (sistema bloque-cilindro-mbolo como los
motores de combustin interna). Abren y cierran vlvulas
que con el movimiento del pistn aspira/comprime el gas.
Es el compresor ms utilizado en potencias pequeas.
Pueden ser del tipo hermticos, semi-hermticos o abiertos.
Los de uso domestico son hermticos, y no pueden ser
intervenidos para repararlos. Los de mayor capacidad son semi-hermticos o abiertos,
que se pueden desarmar y reparar. La direccin de movimiento del embolo los
clasifica en horizontales (cilindros colocados horizontalmente), verticales (cilindros
colocados verticalmente), y radiales (cilindros inclinados con disposicin en V con dos
o mltiplos de cilindros, en W o tres cilindros, en VV o cuatro cilindros (Fig.13).
b) Compresores rotativos: El gas es empujado por un desplazador que gira
alrededor de un eje. Los compresores rotativos son tambin compresores
volumtricos, ya que la compresin de los vapores aspirados se obtiene dentro de un
recinto de volumen variable. Estos compresores son de movimiento continuo, lo que
permite hacerlos girar a velocidades mayores que los compresores alternativos.
En comparacin con los compresores de pistn, los compresores rotativos son
compactos, de construccin sencilla y con menos piezas. Adems, los compresores
rotativos tienen un excelente coeficiente de rendimiento y eficiencia. Sin embargo
exigen una gran precisin en la fabricacin, ya que no contienen juntas entre la alta y
baja presin; por esta razn su campo de aplicacin es la media presin. Otro
inconveniente es que exigen una gran resistencia al desgaste entre las piezas en
contacto, por eso el engrase tiene en estos compresores una gran importancia y serealiza a presin.
La diferencia fundamental entre compresores rotativos y alternativos consiste, en lo
que a las cualidades de operacin se refiere:
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- Por una parte en el hecho de que la ausencia de desplazamientos alternativos
reduce la presencia de vibraciones
- Por otra en que el gasto msico de gas, es mucho menos pulsante
Existen dos tipos fundamentales de compresores rotativos:
De paletas: Constituidos por un rotor ranurado con varias paletas que se instalan a
distancias iguales, introducido dentro de un cilindro de tal forma que en todo momento
mantenga una generatriz comn con ste. Dichas paletas se mantienen
constantemente apoyadas en el cilindro por medio de resortes, y en determinados
momentos merced a la fuerza centrfuga desarrollada en la rotacin.
El refrigerante procedente del evaporador pasa a travs del orificio de aspiracin o de
succin, llenando el espacio comprendido entre el cilindro, el rotor y las dos paletas
contiguas. Al girar el rotor, se va reduciendo el volumen de refrigerante
comprimindose hasta llegar al final de la vuelta, descargndose entonces el gas
comprimido por el orificio de descarga o de compresin hacia el condensador.
Este tipo de compresores rotativos requiere el uso de vlvulas de control en la lnea
de aspiracin o de descarga, para evitar que el refrigerante de descarga regrese a
travs del compresor y de la tubera de aspiracin al evaporador cuando el compresor
est parado (Fig.14).
Fig.14. Compresor rotativo de paletas.
De excntrica: Consta de un rodillo cilndrico de acero que gira sobre un eje
excntrico, montado ste concntricamente con un cilindro. Debido al eje excntrico,
el rodillo cilndrico toca slo al cilindro a lo largo de una generatriz. Al girar el eje, el
rodillo se desliza alrededor de la pared del cilindro, en la direccin del sentido de giro
del eje, manteniendo siempre contacto con la pared del cilindro.
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Fig.15. Compresor rotativotipo excntrica
Una paleta, montada en una ranura en la pared
del cilindro, est siempre en contacto con el
rodillo obligada por un resorte. La paleta se
mueve hacia dentro o hacia fuera en su ranura
de alojamiento, segn va girando el rodillo.
Esta paleta establece la separacin entre la
aspiracin y la descarga. (Fig.15)
Cuando el rodillo est tangente al cilindro en el lugar de la paleta, todo el espacio
comprendido entre el rodillo y el cilindro se llena de gas procedente del evaporador.
Este espacio va disminuyendo de volumen a medida que el rodillo gira y la descarga
se efecta cuando el rodillo est tangente al cilindro sobre el orificio de descarga.
En el paso de descarga existe una vlvula de tipo de lengeta que evita que el gas
comprimido regrese a la cmara del cilindro. Hay que resaltar que en este tipo de
compresor la aspiracin se hace de una manera continua.
c) Otros tipos:
De tornillo: Llamados tambin helicoidales por la forma en hlice de sus rotores, se
utilizan, igual que los compresores centrfugos, para la obtencin de potencias
frigorficas muy elevadas. No emplean vlvulas de aspiracin ni de descarga, y la
compresin del refrigerante evaporado se obtiene en el espacio resultante entre los
engranajes helicoidales de igual dimetro exterior montados dentro de un carter de
fundicin de alta resistencia (Fig.16).
Fig.16. Componentes de un compresor de tornillo
El compresor de tornillo, compuesto por dos engranajes helicoidales, uno macho de
perfil semicircular, con cuatro lbulos, y el otro hembra con seis huecos (alveolos) de
igual perfil, realiza la compresin de los vapores refrigerantes por la reduccin
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Fig.17. Compresor de membrana
volumtrica que se consigue en el espacio cerrado entre el crter y los huecos entre
engranajes. En esta compresin el fluido es arrastrado tanto radial como axialmente.
El compresor de tornillo combina las ventajas de los compresores de desplazamiento
positivo con la de los compresores centrfugos.
De membrana: Este compresor no tiene cierre de cigeal pues el fluido
refrigerante no penetra en el crter, ni en el cilindro. El funcionamiento es el siguiente:
Un pistn descarga y aspira aceite bajo una
membrana pistn deformable sujeta entre dos
tapas. Esta membrana se apoya
alternativamente en la tapa superior y en la
inferior, descargando y aspirando as el gas
cada vez. (Fig.17)
Una bomba auxiliar movida por el cigeal
enva aceite sobre el pistn y un limitador de
presin regulable deja volver al crter el aceite
sobrante.
Los compresores de membrana se utilizan para pequeas y medianas potencias.
Tienen la ventaja de suprimir la preocupacin del retorno del aceite, ya que ste no se
mezcla con el fluido, y de suprimir el cierre del cigeal, pero presenta el
inconveniente de las posibles roturas de la membrana. Estos compresores seemplean con preferencia en las industrias alimenticias farmacuticas y qumicas.
4.1.3. Compresores de desplazamiento cintico, o dinmicos.
En las mquinas centrfugas o turbocompresores el movimiento de un rotor en el seno
del gas o vapor comunica a ste un incremento de energa cintica, que
posteriormente se traduce en un incremento de presin al pasar el fluido por un
conducto de seccin variable que acta como difusor. Est constituido esencialmente
por un rotor que gira en el interior de una carcasa; el rotor est formado por un
conjunto de labes o paletas y el vapor es obligado a circular por el espacio libre entre
cada dos labes.
a) Centrfugos o radiales: No poseen un elemento mecnico que realice la
compresin de los vapores aspirados, sino que la compresin se debe a la fuerza
centrfuga ejercida por la rotacin a alta velocidad de los rodetes.
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El movimiento del fluido respecto al labe es normal al eje del rotor; la relacin de
compresin depende del nmero de etapas de compresin (rotor y estator que
conforman un escalonamiento de presin), de la forma de los labes
El compresor centrfugo emplea el aumento de la energa cintica del fluido, obtenida
al utilizar la fuerza centrfuga provocada por la gran velocidad perifrica en que el
fluido sale de los alabes del rotor, velocidad que al pasar seguidamente a travs de un
difusor, con la consiguiente cada de velocidad, obtiene, como contrapartida, un
aumento de presin.
El principio de funcionamiento de estos compresores es el siguiente: el gas a baja
presin procedente del evaporador se introduce por el centro del rotor. Al llegar al
primer rodete es expulsado radialmente hacia fuera, entre las palas de ste, por
accin de la fuerza centrfuga, y es descargado desde los extremos de los alabes a la
cubierta del compresor a alta velocidad, aumentando as su temperatura y su presin.
Los vapores son recogidos por difusores diseados en la cubierta con el fin de realizar
la conversin de la energa cintica en energa de presin, y conducidos al centro del
segundo rodete y as sucesivamente, hasta que en el ltimo paso son conducidos a la
cmara de descarga. Desde all van al condensador.
Sus ventajas principales son que ocupan un espacio reducido, y la ausencia de
vibraciones debido al equilibrado riguroso de las partes rotativas, aunque las ms
importantes consisten en la facilidad de variacin de la potencia frigorfica, como se haindicado anteriormente, y al hecho de que el refrigerante permanece en el compresor
totalmente puro, sin trazas de aceite ni de refrigerante en estado lquido, que
provocaran un efecto rpido de erosin en los alabes. (Fig.18)
Fig.18. Turbocompresor radial
Los rendimientos conseguidos en los compresores centrfugos son relativamente
altos, 70-80 %. Los bajos rendimientos que a veces se producen son casi siempre
debidos a turbulencias y fricciones del fluido refrigerante.
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b) Axiales: El funcionamiento del compresor axial se basa en comunicar a los
vapores de refrigerante una determinada energa cintica que despus se transforma
en energa esttica o de presin.
El fluido circula en direccin paralela al eje del rotor, en tanto que en los de flujo radial
La nica diferencia con los compresores centrfugos es el sentido del movimiento del
fluido al comprimir, no en el modo de producir la presin. Se emplea nicamente
cuando la masa de gas a comprimir es extraordinariamente elevada y por so no se
suele utilizar en el campo de la refrigeracin (Fig.19)
Fig.19. Turbocompresor axial.
4.1.4. Aplicaciones de los diferentes tipos de compresores
Tabla 1. Tipos de compresores y sus velocidades de aplicacin.
4.2. EVAPORADOR
El evaporador es el elemento productor de fro de la instalacin frigorfica. Es un
intercambiador de calor que genera la transferencia de energa trmica contenida en
el medio ambiente hacia un gas refrigerante a baja temperatura y en proceso de
evaporacin. Este medio puede ser aire o agua.
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Fig.20. Evaporador de expansin seca
En los sistemas frigorficos el evaporador opera como intercambiador de calor, por
cuyo interior fluye el refrigerante el cual cambia su estado de lquido a vapor. Este
cambio de estado permite absorber el calor sensible contenido alrededor del
evaporador y de esta manera el gas, al abandonar el evaporador lo hace con una
energa interna notablemente superior debido al aumento de su entalpa,
cumplindose as el fenmeno de refrigeracin.
Los evaporadores se clasifican de acuerdo a diferentes criterios:
4.2.1. Tipos de evaporadores segn el mtodo de alimentacin del refrigerante.
a) De Expansin Directa o Expansin Seca (DX) (sin separador de lquido):La
evaporacin del refrigerante se lleva a cabo a travs de su recorrido por el
evaporador, encontrndose este en estado de mezcla en un punto intermedio de este.
De esta manera, el fluido que abandona el evaporador es puramente vaporsobrecalentado. Estos evaporadores son los ms comunes y son ampliamente
utilizados en sistemas de aire acondicionado. No obstante son muy utilizados en la
refrigeracin de media y baja temperatura, no son los ms apropiados para
instalaciones de gran volumen.
Este tipo de evaporadores a pesar de
tener peores rendimientos que los de
tipo inundado, son mucho ms
baratos y ms simples en su diseo.
Presentan menos problemas de
recirculacin de aceite y requieren
menos carga de refrigerante, siendo
los ms utilizados en instalaciones frigorficas. En este tipo de evaporador, la
alimentacin del lquido se realiza a travs de una vlvula de expansin termosttica.
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 seevapora 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.20).
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Fig.22. Evaporador de tubo liso
b) Inundados (con separador de lquido):Trabajan con refrigerante lquido con lo
cual se llenan por completo a fin de tener humedecida toda la superficie interior del
intercambiador y, en consecuencia, la mayor razn posible de transferencia de calor.
El evaporador es alimentado con una sobredosis de lquido, del que slo una parte
(20-25%) es vaporizado cuando el refrigerante deja los tubos. La carga trmica es
abatida mediante la evaporacin de ese 20-25%, el resto de lquido refrigerante se
utiliza para mantener la superficie de los tubos hmeda, incrementando la
transferencia de calor interno, sirviendo al mismo tiempo para eliminar el aceite.
La ebullicin es provocada y sostenida por el vaco creado por la aspiracin de los
vapores del evaporador por el compresor, y cesa al pararse el compresor.
El nivel de lquido en el evaporador inundado se mantiene constante mediante una
vlvula de regulacin de tipo flotador (Fig.21).
Fig.21. Evaporadores inundados.Un sistema seco tendr un menor coeficiente de transferencia de calor que un sistema
inundado, que es de un gran rendimiento, ya que al hallarse toda su superficie baada
de lquido refrigerante, se obtiene una plena ebullicin de toda la masa de forma muy
vigorosa con la consiguiente y rpida absorcin, en grado mximo, de vapor en toda
la superficie del evaporador. Sin embargo la gran cantidad de lquido necesario en los
evaporadores inundados encarece mucho este tipo de instalaciones.
4.2.2. Tipos de evaporadoressegn el tipo de construccin
a) Evaporadores de tubo liso o descubierto: Se
construyen por lo general en tuberas de cobre o
bien en tubera de acero. El tubo de acero se utiliza
en grandes evaporadores y cuando el refrigerante a
utilizar sea amonaco, mientras para pequeos
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Fig.23. Evaporador tipo placas
Fig.24. Evaporador con aletas
evaporadores se utiliza cobre. Son ampliamente utilizados para el enfriamiento de
lquidos o bien utilizando refrigerante secundario por su interior (salmuera, glicol),
donde el fenmeno de evaporacin de refrigerante no se lleva a cabo, sino ms bien
estos cumplen la labor de intercambiadores de calor (Fig.22)
b) Evaporadores de placas: Son de varios tipos. Algunos estn construidos con dos
lminas de metal estampadas o soldadas, de forma que suministran una trayectoria al
fluido refrigerante entre ellas.
Este tipo de evaporador de placas se utiliza
en los frigorficos y congeladores domsticos,
debido que se limpian fcilmente, y son de
construccin rpida y econmica en
cualquiera de los diseos establecidos.
Otro tipo de evaporador de placas se
construye uniendo a un circuito tubular dos
placas metlicas que se sueldan. Para
conseguir un mejor contacto trmico entre las placas soldadas y el circuito tubular que
transporta el refrigerante, el espacio entre las placas se llena con una solucin
eutctica o bien se realiza el vaco de forma que la presin atmosfrica ejercida en las
superficies exteriores de las placas mantenga stas firmemente unidas a los tubos.
Son utilizados en los camiones frigorficos. En estos tipos de evaporadores, las placas
estn situadas verticalmente u horizontalmente en las paredes o en el techo del
camin, conectndose a una planta central de refrigeracin mientras que los
camiones estn aparcados en las terminales durante la noche (Fig.23)
c) Evaporadores con aletas: Son tubos
lisos a los que se les han incorporado placas
metlicas o aletas. Estas aletas sirven como
superficie secundaria de absorcin de calor y
tienen la misin de incrementar la superficie
total del evaporador y, por tanto, su
eficiencia. Se emplean en aquellos casos en
que se dispone de poco espacio (Fig.24)
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Fig.25. Evaporador conveccin natural
Se produce un aumento de la eficiencia debido a que en los evaporadores de tubos
lisos, gran parte del aire que circula a su travs pasa por los espacios existentes entre
tubo y tubo y no tiene contacto con la superficie metlica. Cuando las aletas son
aadidas a los tubos, estas aletas ocupan el espacio existente entre los tubos y
actan como colectores de calor, aumentando la superficie de captacin de calor
hacia los tubos.
4.2.3. Tipos de evaporadoressegn la fase de la materia a enfriar
a) Evaporadores para enfriamiento de slidos: En el enfriamiento de slidos
nicamente se emplean evaporadores de placas que toman el calor de la materia a
enfriar por conduccin. La razn de emplear este tipo de evaporadores es que se
prestan bien a modelar su forma, en concordancia con la de la superficie exterior del
objeto a enfriar, aumentando al mximo el contacto entre ambos y evitando en lo
posible la formacin de zonas de superficies separadas que disminuyen el intercambio
trmico entre el material a enfriar y el fluido frigorgeno.
b) Evaporadores para enfriamiento de gases:La aplicacin ms importante de los
evaporadores de este tipo es el enfriamiento del aire en cmaras frigorficas y en
climatizacin
Evaporadores de conveccin natural: Estos evaporadores se utilizan para
refrigeradores domsticos, neveras porttiles, y almacenes frigorficos, donde esnecesaria una humedad relativa
elevada y no es necesaria la
ventilacin de los productos
almacenados. Sus
inconvenientes son el bajo
coeficiente de transmisin de
calor, la deficiente distribucin
de la temperatura del recinto y
la dificultad de desescarche.
El funcionamiento de estos evaporadores se basa en la diferencia de densidades del
aire conforme aumenta de temperatura. El aire del recinto a enfriar al ponerse en
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Fig.27. EvaporadorBaudelot
contacto con las aletas del evaporador se enfra, aumenta su densidad y, al ser ms
pesado, cae. Es reemplazado por aire caliente que llega por la parte superior al
evaporador y realiza el mismo ciclo (Fig.25).
La velocidad de circulacin del aire sobre los tubos del evaporador en la conveccin
natural es funcin de la diferencia de temperatura existente entre el evaporador y la
cmara.
Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura, mayor es el nivel de circulacin.
Evaporadores de conveccin forzada: Los evaporadores de conveccin forzada
son bsicamente tubos lisos con aletas situados en el interior de una carcasa y
equipados con uno o ms ventiladores para suministrar la circulacin del aire. Los
ventiladores establecen una circulacin de aire forzado, aumentando as la absorcin
de calor y reduciendo, en consecuencia, la superficie del evaporador (Fig.26).
Fig.26. Evaporador conveccin forzada.c) Enfriadores de lquidos:Los enfriadores de lquidos se clasifican en:
Enfriador Baudelot:Consiste en una serie de tubos horizontales,
los cuales se sitan debajo unos de los otros y se conectan todos
entre s al objeto de establecer el circuito por el que circular el
fluido refrigerante.
El refrigerante circular por el interior de los tubos mientras que el
lquido a enfriar circula formando una fina pelcula (cortina) sobre
el exterior (Fig.27).
El lquido fluye a travs de los tubos por gravedad desde un
distribuidor localizado en la parte superior del enfriador y es
recogido en un canal situado en la parte inferior.
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El hecho del que el lquido enfriado se encuentre a la presin atmosfrica y est
abierto al aire, hace ideal este evaporador para cualquier aplicacin de enfriamiento
en la cual sea importante la aireacin.
Con este tipo de evaporador es posible enfriar el lquido hasta una temperatura
prxima a su punto de congelacin sin que haya peligro de daos para el equipo si
ocurre una congelacin ocasional del producto.
Evaporador de doble tubo: Consiste en dos tubos concntricos; el fluido frigorgeno
circula por el espacio entre los dos tubos, y el lquido a enfriar por el tubo interior en
contra corriente. Este tipo de evaporador, que puede ser inundado o de expansin
seca, permite una transferencia de calor elevada y se utiliza en las industrias vincola
y cervecera, en unidades enfriadoras de agua compactas comerciales de pequea
capacidad, etc.
Enfriador de tanque: El enfriador de tanque consiste en un serpentn de fluido
frigorgeno de tubo desnudo, instalado dentro de un gran tanque que contiene el
lquido a enfriar. El serpentn est separado por un medio deflector de la masa
principal del lquido, circulando ste a travs del serpentn movido por un agitador
motorizado.
Este enfriador se utiliza en aquellos casos en que la sanidad no sea un factor
importante, en las aplicaciones de grandes y frecuentes fluctuaciones de la carga,
dada su gran inercia, y en las aplicaciones en que el lquido entra en el enfriador atemperaturas relativamente altas. Se emplea mucho para enfriamiento de agua,
salmuera y otros lquidos refrigerantes secundarios (Fig.28).
Fig.28. Enfriador de tanque.
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Enfriador de carcasa y serpentn: Est formado por uno o ms serpentines
encerrados en una carcasa de acero, pudiendo funcionar de dos formas:
- El fluido frigorgeno pasa en expansin seca por el serpentn y el lquido a enfriar
circula por la carcasa, teniendo este sistema la ventaja de su inercia trmica
- Se utiliza con el fluido frigorgeno en la carcasa, en rgimen inundado, y el lquido a
enfriar en el serpentn; a este tipo se le denomina enfriador instantneo de lquidos; no
se puede utilizar en aplicaciones donde se requieran enfriamientos por debajo de los
3,5C, ante el peligro de grave deterioro en el caso de congelacin (Fig.29)
Fig.29. Enfriador de carcasa y serpentn
Evaporador para enfriamiento de lquidos de carcasa y tubos: Es el tipo que ms se
utiliza, por Tener una eficiencia alta, requerir poco espacio, su facilidad de
mantenimiento y su adaptabilidad a casi todas las aplicaciones de enfriamiento de
lquidos (Fig.30).
Consiste en una carcasa cilndrica de acero en cuyo interior se disponen tubos rectos
horizontales paralelos sujetos en su lugar en los extremos por placas perforadas.
Fig.30. Evaporador de carcasa y tubos para enfriamiento de lquidos
Evaporador de tipo atomizador: Tiene una construccin similar al de carcasa y tubos,
con la diferencia de existir sobre los tubos superiores unas boquillas de atomizacin
que lanzan refrigerante lquido sobre los tubos, por cuyo interior circula el fluido
frigorgeno a enfriar, del cual la fraccin no evaporada se recoge en la parte inferior
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del enfriador, desde donde es bombeada de nuevo a las boquillas. Posee elevada
eficacia y necesita baja carga de fluido frigorgeno pero necesita una bomba de
recirculacin de lquido frigorgeno y es de alto costo.
4.3. CONDENSADOR:
El condensador es el componente del equipo frigorfico encargado de licuar los
vapores de refrigerante, a alta presin, procedente del compresor; su fin esencial
consiste en el traspaso del flujo calorfico del fluido frigorgeno al medio ambiente.
El medio de condensacin ha de ser capaz de tomar del gas refrigerante todo el calor
que contiene, que es igual a la suma de calor absorbido en el evaporador y el
correspondiente al trabajo mecnico de compresin.
Se pueden clasificar en funcin del medio refrigerante empleado:
4.3.1. Condensadores enfriados por aire:
Cuando el medio condensante es el aire la circulacin de ste a travs del
condensador puede tener lugar por:
a) Conveccin natural: estn formados por un tubo en forma de serpentn aplicado
sobre una chapa que forma una aleta nica, perforada para evitar resonancias, o bien,
soldado sobre un entramado de hilos metlicos, colocndose entonces el
condensador en sentido vertical detrs del aparato. En los condensadores
refrigerados por aire en conveccin natural, el movimiento del aire se origina por la
variacin de densidad al ponerse en contacto con la superficie caliente de los tubos
del condensador, por cuyo interior circula el fluido frigorgeno a gran temperatura; el
caudal de aire es bajo y se requiere una gran superficie de inter cambio. Este sistema
est en desuso en instalaciones industriales, debido a su limitada capacidad, por lo
que se utilizan solamente en aplicaciones de tamao reducido, normalmente de
superficie plana o de tubera con aletas, como en los frigorficos domsticos.
b) Conveccin forzada: El aire circula accionado por uno o varios ventiladores que lo
impulsan sobre la superficie del condensador. Este tipo de refrigeracin del
condensador es apropiado para aquellos casos en que no se dispone de agua
suficiente, o de calidad, para la refrigeracin, garantizndose un buen
aprovechamiento de la superficie intercambiadora; deben permanecer limpios por
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Fig.31. Condensador enfriadopor aire en conveccin forzada
cuanto el polvo depositado puede actuar de
aislante trmico, impidiendo o dificultando
que el aire refrigerante entre en contacto
con los tubos a refrigerar, reduciendo la
eficiencia de la instalacin.
Los condensadores de gran capacidad se
montan distantes del compresor en lugares
adecuados para una buena admisin de
aire del exterior (Fig.31).
4.3.2. Condensadores enfriados por agua:
Constan de uno o varios serpentines por los que circula el vapor de fluido frigorgeno,
y que estn sumergidos en agua, por lo que el intercambio trmico se realiza entre el
fluido frigorgeno y el medio condensante, el agua, a travs de la superficie de los
tubos.
Los principales atributos de los condensadores enfriados por agua son su solidez y su
elevado poder de transmisin de calor. Como inconvenientes principales presentan la
formacin de incrustaciones, la corrosin y el riesgo de congelacin.
Los condensadores enfriados por agua se clasifican en tres tipos bsicos:
a) Condensador enfriado por agua de doble tubo: Consiste en dos tubos
concntricos dispuestos de tal forma que por el de menor dimetro circula el agua de
refrigeracin, mientras que por el espacio anular circula el vapor del fluido frigorgeno
a condensar; se trata de un intercambiador de un solo tubo y carcasa (Fig.32).
Fig.32. Condensador enfriado por agua de doble tubo.
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Con esta disposicin se obtiene adems del enfriamiento debido al agua un cierto
enfriamiento del refrigerante a travs del tubo exterior. La limpieza de este tipo de
condensadores se suele hacer por circulacin de productos qumicos apropiados dada
la dificultad para hacerlo por medios mecnicos en la mayora de los casos.
b) Condensador de carcasa y serpentn: Este condensador est constituido por
uno o varios serpentines de tubo desnudo o aleteado por los que circula el agua y una
carcasa de acero por la que circula el fluido frigorgeno. Se recomiendan para
instalaciones en locales de temperatura ambiental superior a los 30C, y en aquellos
lugares en los que existan grandes cantidades de polvo en los que no se puedan
instalar condensadores refrigerados por aire.
La carcasa de este tipo de condensadores se hace de chapa de acero, mientras que
el serpentn es de cobre. Como elementos auxiliares llevan una vlvula de nivel,racores de entrada y salida de agua, tapn fusible y una vlvula de seguridad.
nicamente se utiliza este condensador para pequeas capacidades y se limpia por
circulacin de productos qumicos.
c) Condensador de carcasa y tubos: Consiste en una carcasa cilndrica de acero
en cuyo interior estn dispuestos haces de tubos rectos, paralelos, mandrinados y
ajustados hermticamente a unas pletinas o discos, soldados a los extremos de la
carcasa (Fig.33).
Fig.33. Intercambiadores de carcasa y tubos
4.3.3. Condensadores evaporativos:
El condensador evaporativo es una combinacin de un condensador y una torre de
enfriamiento. Es un condensador atmosfrico con circulacin forzada de agua y flujo
de aire. Este tipo de condensador se ha impuesto por la necesidad de reducir el
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Fig.34. Condensador evaporativo
elevado consumo de agua de condensacin que presentan los otros tipos de
condensadores.
El aire que entra por la parte inferior del aparato
es aspirado por el ventilador y obligado a
atravesar los serpentines de condensador, para
ser expulsado por la parte superior. El agua
bombeada desde el recipiente situado en la parte
inferior cae en forma de lluvia contra el aire que
atraviesa los serpentines. Separadores
adecuados impiden que el agua sea arrastrada
por el aire. El agua absorbe el calor cedido por el
fluido refrigerante a travs de los serpentines delcondensador en forma de calor sensible,
elevando su temperatura. El aire, al atravesar la
cortina acuosa, absorbe algo del agua que roca
los serpentines, llevndose como calor latente el
calor absorbido por el agua (Fig.34).
Como es lgico, el rendimiento de estos condensadores depende de la humedad
relativa del aire y de la temperatura de condensacin del fluido. El mayor
inconveniente de este tipo de condensadores es su coste, algo elevado, pero estos
gastos se amortizan al haber escasez de agua o cuando resulta cara la obtencin de
la misma. Tambin presentan una estructura de complicada construccin y son muy
voluminosos, teniendo una gran facilidad para la formacin de incrustaciones.
Sin embargo, presentan otra ventaja, y es la de poderlos utilizar como condensadores
enfriados por aire cuando las temperaturas son bajas, como en invierno, y como
evaporativos cuando las temperaturas son elevadas.
4.4. DISPOSITIVOS DE EXPANSIN
Los dispositivos de expansin son los que regulan el flujo del refrigerante hacia el
evaporador. Un dispositivo de expansin es un elemento que disminuye la presin de
un fluido pasando de un estado de ms alta presin y temperatura a uno de menor
presin y temperatura.
http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n7/29/2019 SISTEMAS DE REFRIGERACIN FINAL
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Fig.35. Tubo capilar
Son ampliamente empleados en sistemas de refrigeracin y aire acondicionado,
pueden dividirse en dos categoras generales:
4.4.1. Restrictor de rea fija: consiste en un orificio calibrado a travs del cual fluye
lquido refrigerante. Dos ejemplos comunes de este tipo de dispositivos de expansin
son el tubo capilar y el restrictor de tubo corto u obturador de orificio. Estos
dispositivos son usados tpicamente en sistemas pequeos de aire acondicionado y
refrigeracin donde las condiciones de operacin permiten una carga moderadamente
constante del evaporador, presiones del condensador tambin constantes. La
desventaja asociada con estos dispositivos es su limitada capacidad para regular
eficientemente el flujo de refrigerante en respuesta a cambios en las condiciones de
operacin, dado que estos son dimensionados para un solo conjunto de condiciones
de operacin.Los tubos capilares se utilizan habitualmente como elementos de expansin en
pequeas instalaciones normalmente comerciales, por la facilidad de instalacin, el
bajo coste y su fiabilidad.
El tubo capilar se trata del dispositivo ms sencillo de
regulacin y control de flujo fluido frigorgeno; est
formado por un tubo de cobre cuya longitud y dimetro
dependen de la prdida de carga que se necesite
obtener, naturaleza y estado del flujo. La posicin en la
que se instala, entre el condensador (alta presin) y el
evaporador (baja presin) (Fig.35).
Durante el flujo de refrigerante a travs del tubo capilar se forma gas. Al reducirse la
presin del lquido que pasa por el tubo, se reduce proporcionalmente la temperatura
del refrigerante. La expansin del fluido se obtiene por la cada de presin a su paso
por el interior del tubo; para evitar la evaporacin parcial en el interior se suelda parte
del tubo capilar al tubo de aspiracin.
4.4.2. Vlvulas de expansin:es un tipo de Dispositivo de expansin (un elemento
de las mquinas frigorficas por compresin) en el que la expansin es regulable
manual o automticamente. Una de las ventajas que nos ofrece es que regula de una
manera activa la expansin, al ser activada por el recalentamiento. Pueden ser:
http://es.wikipedia.org/wiki/Refrigeraci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Aire_acondicionadohttp://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%A1lvula_de_expansi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%A1lvula_de_expansi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Aire_acondicionadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Refrigeraci%C3%B3n7/29/2019 SISTEMAS DE REFRIGERACIN FINAL
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Fig.37. Vlvula de expansinautomtica
a) Vlvulas de expansin Manual: Son vlvulas de aguja que constan de una varilla
metlica que acaba en una punta cnica. La varilla se regula con un tornillo pudiendo
aproximarse ms o menos el conducto de circulacin del fluido frigorfico. En este tipo
de vlvulas el sobrecalentamiento no depende de la temperatura de evaporacin del
refrigerante en su estado gaseoso, sino que, es fijo (Fig.36).
Fig.36. Vlvulas de expansinManual
b) Vlvulas de expansin Automtica:Una vlvula de expansin automtica (AEV o
AXV) de expansin de presin controlada es una vlvula operada por control de
refrigerante mediante el lado de baja presin (Fig.37).
Esta mejor equipada para aplicaciones que
tienen una carga de evaporador
moderadamente constante. Regula el flujo
de refrigerante simplemente manteniendo
una presin constante en evaporador o en la
salida de la vlvula. A medida que la carga
de calor en el evaporador incrementa la
vlvula de expansin automtica reduce el
flujo del refrigerante para mantener
constante la presin del evaporador al calor
establecido por el ajuste de la vlvula. Como resultado la vlvula de expansinautomtica alimenta poco al evaporador en condiciones de carga alta y lo alimenta
demasiado en condiciones de carga baja.
El principal inconveniente de la vlvula de expansin automtica es su baja eficiencia
comparada con otros controles de flujo refrigerante.
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Fig.38. Vlvula de termo expansin
c) Vlvulas de expansin Termostticas: El dispositivo de expansin ms
ampliamente usado en los sistemas de refrigeracin comerciales es la vlvula de
expansin termosttica, la cual enva el flujo refrigerante al evaporador en respuesta
al grado de sobrecalentamiento del vapor refrigerante que sale del mismo.
La vlvula de expansin
regula el caudal de lquido
refrigerante a alta presin que
viene del condensador y se
dirige al evaporador dejando
pasar ms o menos
refrigerante en funcin del
recalentamiento obtenido del
bulbo sea mayor o menor.
En trminos generales, la vlvula de expansin es un dispositivo que se usa para
regular la entrada en el evaporador del agente refrigerante en su fase lquida,
procedente del condensador a travs de la correspondiente tubera de lquido.
El refrigerante lquido a alta presin, que procede del condensador pasa por la vlvula
de expansin para convertirse en lquido a baja presin. Dicha vlvula es la divisoria
entre las partes de alta y baja presin del sistema (Fig.38).
As, tiene dos funciones distintas: Regular la velocidad de admisin de lquido en elevaporador y por otro lado controlar la proporcin de rea superficial interior que se
encuentra en contacto con el refrigerante lquido.
La vlvula termosttica, posee un elemento trmico (bulbo) conectado por medio de
un pequeo tubo capilar sellado.
El principio de funcionamiento de la vlvula de expansin termosttica radica en
mantener un recalentamiento constante en el evaporador.
d) Vlvulas de expansin Electrnica: Las vlvulas de expansin electrnicas
(VEE) son las nicas que permiten, el funcionamiento ideal del evaporador,
mantenindolo lleno de lquido y gas refrigerante y permitiendo que slo salga del
mismo gas sobrecalentado para no daar el compresor.
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Fig.39. Vlvula deexpansin electrnica
Estas vlvulas son controladas por un circuito
electrnico, el cual es frecuentemente diseado para
permitir que la vlvula controle algn otro aspecto de la
operacin del sistema, adems del recalentamiento. Por
ejemplo, la temperatura de descarga de aire del
evaporador, o la temperatura del agua en un enfriador,
pueden ser monitoreadas por la VEE (Fig.39).
Las vlvulas de expansin electrnicas, adems de la
mxima utilizacin del evaporador, ofrecen una serie de ventajas con respecto a las
vlvulas de expansin termostticas:
Son ideales para trabajar en aquellos casos en que las cargas sufren grandes
variaciones. Donde las presiones de condensacin sufren grandes cambios. Ahorranenerga. Estas vlvulas son ideales para la alimentacin de evaporadores de equipos
tales como: chillers, equipos acondicionadores con bomba de calor, equipos para
cmaras frigorficas, etc. La misma vlvula y control pueden operar en equipos de
refrigeracin a bajas temperaturas y son compatibles con todos los refrigerantes R22,
R134, R404, R407, Amonaco, CO2, etc.
4.5. ELEMENTOS ADICIONALES4.5.1. Generador: El Generador es un intercambiador de calor en donde una mezcla
de refrigerante y absorbente rica en refrigerante se calienta para evaporar gran parte
del refrigerante, el cual pasa al condensador (Fig.40)
Fig.40. Generador.
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4.5.2. Absorbedor: El Absorbedor es el equipo donde se encuentra una solucin
pobre capaz de absorber el vapor del refrigerante que proviene del evaporador, para
convertirse en una mezcla rica en absorbente que regresa al generador (Fig.41)
Fig.41. Absorbedor
4.5.3. Equipo de bombeo: Generalmente el equipo de bombeo es una bomba que
impulsa la solucin rica en refrigerante desde el absorbedor hasta el generador
(Fig.42)
Fig.42. Equipo de bombeo
4.5.4. Silenciadores: Se trata de dispositivos en forma de tubos en cuyo interior van
dispuestas placas, tabiques o mallas metlicas que originan cambios en la velocidad
del aire sin originar grandes prdidas de carga. Se instalan silenciadores con el fin de
reducir los ruidos que originan las pulsaciones del gas.
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4.5.5. Receptor de lquido: Tiene como funcin almacenar el refrigerante en estado
lquido con el fin de asegurar la compensacin de las variaciones de volumen de fluido
del circuito debidas a las diferentes temperaturas de funcionamiento y permitir la
compensacin de aperturas y cierres de la vlvula de expansin que suministra fluido
al evaporador. Se instala entre el condensador y la vlvula de expansin tal y como se
muestra en el esquema siguiente (Fig.43)
Fig.43. Receptor de lquido
4.5.6. Acumulador de succin: Recipiente a presin diseado para evitar la entrada
de refrigerante en estado lquido al compresor y/o aceite lquido en grandes
cantidades; puede retener el exceso de mezcla en estado lquido y posteriormente
enviarlo en estado de gas. Se instala entre el evaporador y el compresor, donde existe
la posibilidad de regreso de lquido por la lnea de succin (Fig.44).
Fig.44. Acumulador de succin
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Fig.45. Separador de aceite
4.5.7. Separadores de aspiracin: Se trata de un separado de aceite (descrito en el
punto siguiente) que lleva incorporado un serpentn donde se intercambia calor entre
el lquido caliente y la aspiracin fra (actuando como un intercambiador). Se instala
en la lnea de aspiracin antes del compresor.
4.5.8. Separadores de aceite: Es un dispositivo diseado para separar el aceite
lubricante del compresor del refrigerante antes que entre a otros componentes del
sistema, tambin produce efecto de silenciador reduciendo las pulsaciones del gas en
la descarga del compresor (Fig.45).
4.5.9. Pre-enfriador: Para enfriar el gas de descarga del compresor y volver a
enviarlo ste como medida de proteccin contra sobrecalentamientos del motor y para
reducir el consumo de energa se emplean tubos de cobre en forma de U o parte de latubera de refrigeracin del condensador (Fig.46).
Fig.46. Esquema pre-enfriador
4.5.10. Indicadores de lquido humedad: Es un dispositivo que revela la presencia
de exceso de humedad y permite comprobar la circulacin de refrigerante lquido a
travs del visor. El indicador dispone de un papel filtro poroso que cambia de color en
funcin de la presencia de exceso de humedad; el cambio ser reversible, volviendo
al color inicial una vez se ha eliminado la humedad (Fig.47).
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Fig.47. Indicador liquido humedad.
4.5.11. Intercambiadores de calor: El intercambiador de calor permite la transmisin
de calor entre la tubera de lquido (fluido caliente) y la tubera de aspiracin (fluido
fro).
5. MANTENIMIENTO DE EQUIPOS DEL SISTEMA DE REFRIGERACIN
Operaciones principales puntos a evaluar en las labores de mantenimiento:
a) Temperatura alcanzada y mantenida en el recinto refrigerado.
b) Temperatura de vaporizacin dentro del rango de diseo.
c) Temperatura de condensacin dentro del rango de diseo.
d) Presin de descarga dentro del rango de diseo.
e) Sub enfriamiento normal en el condensador.
f) Recalentamiento normal en el evaporador.
g) Diferencias de temperaturas normales en los intercambiadores.h) Potencia absorbida por el compresor dentro de los rangos de diseo.
i) Ningn ruido sospechoso ni vibraciones anormales.
j) Color del aceite y nivel normales.
k) Ninguna traza de grasa en el exterior del circuito.
l) Los otros criterios de buen funcionamiento son los ajustes correctos de los
rganos de seguridad:
Presostato de alta presin.
Presostato de baja presin.
Presostato de aceite (eventual).
Termostato de desescarche.
Rel trmico de proteccin de los motores.
Temporizador anti-ciclos cortos.
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6. SELECCIN DE EQUIPOS DEL SISTEMA DE REFRIGERACIN
Para la seleccin de compresores, evaporadores, condensadores y vlvulas de
expansin es preciso conocer y/o determinar:
a) Tipo de refrigerante
b) Flujo o Capacidad de refrigerante requerida (Kcal/h), y su evolucin en funcin del
tiempo durante el funcionamiento previsible de la instalacin.
c) Temperatura y presin de evaporacin (C), que depender de la aplicacin del
sistema frigorfico.
d) Temperatura y presin de condensacin (C) que depender del sistema de
condensacin que se seleccione, agua o aire.
e) Flujo de refrigerante.
f) Temperatura de entrada agua/aire.
g) Temperatura de salida agua/aire.
h) Tipo de factor de correccin aplicado.
i) Disponibilidad de agua, especialmente en la eleccin del condensador, es
esencial. En aquellos casos en los que el agua sea un elemento condicionante se
elegirn condensadores evaporativos, condensadores multitubulares combinados
con torres de enfriamiento, o bien condensadores enfriados por aire.
j) Se ha de tener en cuenta tambin el precio tanto de inversin como de
funcionamiento y el espacio ocupado por cada uno de los elementos.k) Considerar la resistencia al flujo que proporciona el condensador.
Considerar condiciones climatolgicas, especialmente para elegir condensadores
atmosfricos, evaporativos o combinados con torres de enfriamiento ya que
funcionan mal en climas muy hmedos y clidos.
l) Los condensadores enfriados por aire son utilizados en climas clidos, siempre
que la temperatura del termmetro seco no sobrepase los 37C.
m)Formacin de costras y cristales, inestabilidad trmica, corrosividad en
evaporadores.
n) Cadas de presin a travs de la vlvula
o) Temperatura del refrigerante liquido que entra a la vlvula.
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7. CONCLUSIONES
De lo mencionado anteriormente se puede concluir lo siguiente:
Los sistemas de refrigeracin estn basados en el ciclo termodinmico de
enfriamiento por absorcin, en el que las necesidades de fro se obtienen a
partir de una fuente de calor. Su tecnologa es diferente a los equipos
convencionales de fro.
Tpicamente las temperaturas de refrigeracin estn comprendidas entre el
punto de congelacin del alimento (-1C) y unos 10C. Mediante el descenso
de la temperatura se aumenta la vida til del producto fresco o procesado por
la disminucin en la proliferacin de microorganismos, las actividadesmetablicas de tejidos animales y vegetales, y reacciones qumicas o
bioqumicas deteriorantes.
Sabemos que el ciclo de refrigeracin est integrado por componentes,
accesorios y controles. Esto es una forma de diferenciar solo para una mejor
comprensin de su operacin. Lo importante, es que el sistema de
refrigeracin pueda funcionar eficientemente, con el menor costo de operacin
y con la seguridad de que el compresor no va a sufrir daos.
Tambin se sabe que los componentes del sistema son aquellos,
indispensables, para que el sistema de refrigeracin funcione, tales son: El
evaporador, el condensador, el compresor, y el regulador de flujo que bien
puede ser un tubo capilar o una vlvula de expansin; con estos cuatro
componentes integrados por la tubera, y con refrigerante, el sistema funciona
y enfra.
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