sistemas de refrigeraciÓn final

7/29/2019 SISTEMAS DE REFRIGERACIN FINAL

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2013

SAIRA MARTELO GENES, MAIRA LAMBRA

SARA JARMA ARROYO, HECTOR HERNAN

MAQUINARIAS Y EQUIPOS

15/01/2013

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%A1mico


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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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21

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%B3n


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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%B3n


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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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sistemas de refrigeraciÓn final

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