El Evaporador: Principios y Funcionamiento

El evaporador es un intercambiador de calor cuya función principal es absorber el calor del medio a refrigerar. El refrigerante absorbe calor y cambia de estado, entrando como una mezcla líquido-vapor y saliendo hacia el compresor en estado de vapor sobrecalentado.

Fases del Intercambio de Calor en el Evaporador

Podemos dividir el proceso en dos tramos:

• Tramo de Calor Latente: El refrigerante que sale del expansor como mezcla líquido-vapor finaliza el cambio de estado, pasando a vapor saturado.
• Tramo de Calor Sensible: El refrigerante en estado vapor continúa absorbiendo calor y finalmente sale en estado de vapor sobrecalentado. Este proceso se conoce como recalentamiento, y es crucial para evitar la llegada de líquido al compresor y el temido golpe de líquido.

Factores que Determinan la Capacidad de Absorción

La cantidad de calor que puede absorber el evaporador depende de:

• La superficie de intercambio de calor: Cuanto mayor sea la superficie, mayor será el intercambio de calor.
• El coeficiente de transmisión del calor del material: Mientras mayor sea este coeficiente, mayor será el intercambio de calor.
• La diferencia de temperaturas entre el medio a refrigerar y el fluido refrigerante: Cuanto mayor sea esta diferencia, mayor será el intercambio de calor.

Clasificación de los Evaporadores

Según su Constitución Física

• De Placas: Utilizan placas de acero inoxidable y bastidores de acero. Se emplean para enfriar líquidos (ej. frigoríficos domésticos).
• De Tubo Liso: Tubos de acero (para evaporadores grandes) o tubos de cobre (para evaporadores pequeños), dispuestos en forma de zigzag o espiral. Se usan para enfriar líquidos.
• De Tubo Liso con Aletas: Similares a los de tubo liso, pero incorporan placas (aletas) que aumentan la superficie de intercambio de calor absorbido. Ocupan menos espacio que el tubo liso. La separación de las aletas depende de la aplicación.

Según el Fluido a Refrigerar

• De Aire: Pueden operar por convección natural o forzada. La convección forzada se utiliza a menudo con aletas, especialmente en aplicaciones de congelado con alta humedad.
• De Agua: Existen varios tipos específicos para el enfriamiento de agua.

Según el Estado del Refrigerante en el Interior

• Secos (Expansión Seca): El refrigerante cambia de estado durante el recorrido del evaporador. Son los más usados, requieren una válvula termostática y un recalentamiento típico de 4 °C a 10 °C. El aire y el refrigerante intercambian calor de forma indirecta.
• Inundados: El refrigerante entra en estado líquido y sale como líquido más vapor (más ligero). Necesitan un separador de líquido. Ofrecen un mayor rendimiento, pero son más caros.

Según el Espacio en el que se Realice la Evaporación

• Expansión Directa: El refrigerante está en contacto directo con el espacio a refrigerar.
• Expansión Indirecta: Un fluido secundario (intermedio) está en contacto con el espacio a refrigerar. Se utiliza para largas distancias.

Sistemas de Desescarche

El aire contiene vapor de agua que, al entrar en contacto con una superficie a temperaturas próximas a 0 °C, forma escarcha. Esto ocurre en los tubos de los evaporadores que trabajan con temperaturas de evaporación negativas. Las gotas de agua se depositan en el serpentín del evaporador y se convierten en escarcha.

Impacto Negativo de la Escarcha

La acumulación de escarcha afecta negativamente al rendimiento del evaporador porque:

• Actúa como aislante térmico sobre el evaporador.
• Aumenta el tiempo necesario para enfriar el refrigerante, lo que incrementa los ciclos de trabajo y obliga al compresor a funcionar durante más tiempo.
• La acumulación excesiva en las aletas puede provocar deterioros en las mismas.

Tipos de Desescarche

• Por Agua: Consiste en pulverizar agua sobre el evaporador. Al entrar en contacto con el hielo, este se deshace y cae en una bandeja para ser enviado a un desagüe. Debe realizarse con la máquina parada y es el tipo menos utilizado.
• Por Resistencias Eléctricas: Se calienta el evaporador mediante resistencias eléctricas en contacto con las aletas. Se utiliza un temporizador para controlar los periodos de desescarche. El agua cae en una bandeja y es enviada a un desagüe. Si se trabaja a temperaturas negativas, la bandeja y el desagüe deben llevar resistencias para evitar la congelación.
• Por Gases Calientes: Se descarga el refrigerante en estado de vapor sobrecalentado directamente en el evaporador para realizar el desescarche. Esto requiere una tubería específica llamada línea de desescarche.
• Por Inversión de Ciclo: Consiste en invertir el ciclo de funcionamiento. Durante el periodo de desescarche, el evaporador pasa a ser condensador y viceversa. Este sistema utiliza una válvula de cuatro vías (de todo o nada) y requiere dos válvulas de expansión y dos válvulas antirretorno.

Válvula Solenoide

La válvula solenoide es una válvula eléctrica que consta de una bobina y un vástago que sube o baja dependiendo de si recibe corriente eléctrica. Cuando la bobina se activa, el vástago sube y permite el paso del refrigerante. Si la bobina no se activa, el paso del refrigerante se mantiene cortado. El cierre se realiza por presión, gravedad o resorte.

Válvula de Expansión Termostática (VET)

La Válvula de Expansión Termostática (VET) tiene dos funciones esenciales:

1. Controlar el caudal de refrigerante en estado líquido que ingresa al evaporador.
2. Mantener un sobrecalentamiento constante a la salida del evaporador.

La VET permite controlar el recalentamiento de tal forma que este se mantenga generalmente entre 4 °C y 6 °C, impidiendo así la llegada de refrigerante en estado líquido al compresor.

• Si se desea disminuir el recalentamiento, la válvula se abrirá para permitir el paso de más refrigerante al evaporador.
• Si se desea aumentar el recalentamiento, la válvula se cerrará para permitir un menor paso de refrigerante.

Componentes Principales de la VET

• Bulbo: Su interior contiene el mismo refrigerante que la instalación donde se coloca. Se sitúa sobre la tubería de salida del evaporador y mide la temperatura del vapor sobrecalentado.
• Membrana Amplificadora: Es una lámina metálica fina que recibe las presiones (del bulbo, de evaporación y del muelle). En función de estas presiones, permite la apertura o el cierre del orificio calibrado.
• Orificio Calibrado y Filtro: El orificio calibrado es el lugar donde se produce la expansión real, dependiendo de las presiones. Su cierre o apertura se produce al subir o bajar el punzón. Los números grabados indican la capacidad de la válvula. El filtro es una malla metálica que impide la entrada de sustancias extrañas que podrían obstruir el orificio.
• Punzon: Su desplazamiento permite la apertura o el cierre del orificio calibrado.
• Tornillo de Regulación: Permite regular la presión del muelle y, por lo tanto, la regulación directa de la cantidad de refrigerante que llega al evaporador.

Equilibrio de Presiones en la Membrana

Sobre la membrana actúan tres presiones que determinan si la válvula se abre (pasa más refrigerante) o se cierra (pasa menos):

• Presión del Muelle (P_m): Se aplica por la parte inferior de la membrana a través del punzón. Esta presión tiende a cerrar la válvula; cuanto mayor sea, más se cerrará.
• Presión del Bulbo (P_b): Se aplica por la parte superior de la membrana e indica la presión a la salida del evaporador. Esta presión tiende a abrir la válvula. Si la presión es alta, la válvula se abrirá para permitir el paso de más refrigerante.
• Presión de Evaporación (P_e): Se transmite a través de una abertura en el interior del cuerpo de la válvula y se aplica por la parte inferior. Esta presión tiende a cerrar la válvula; cuanto mayor sea, más tendrá que cerrarse.

Cálculo del Recalentamiento

Las válvulas termostáticas trabajan según el recalentamiento del fluido refrigerante a la salida del evaporador, medido en el bulbo. El recalentamiento se calcula como:

$$Recalentamiento = T_{bulbo} – T_{evaporación} \ (4-6 \, °C)$$

Etiquetas: desescarche, evaporador, Refrigeración, válvula de expansión termostática, VET