Refrigeración por compresión

Compresor industrial de 64 kW (86 HP) para R22.

La refrigeración por compresión es un método de refrigeración que consiste en forzar mecánicamente la circulación de un refrigerante en un circuito cerrado dividido en dos zonas: de alta y baja presión, con el propósito de que el fluido absorba calor del ambiente, en el evaporador en la zona de baja presión y lo ceda en la de alta presión, en el condensador.

Máquina frigorífica por compresión mecánica

Una máquina frigorífica por compresión consta de 4 elementos fundamentales:

Un compresor
Un condensador
Un órgano de expansión o válvula laminadora
Un evaporador

La refrigeración por compresión se basa en el aprovechamiento de las propiedades de ciertos fluidos, llamados refrigerantes o fluidos frigorígenos, de las cuales, la principal para este proceso, es que su temperatura de vaporización a presión atmosférica es extremadamente baja. Los refrigerantes utilizados comunmente, tienen temperaturas de ebullición en condiciones normales, alrededor de -40ºC.

Supuesto un refrigerante con esas características en un circuito frigorífico como el de la figura, se eleva su presión y temperatura, mediante un compresor en un proceso isentrópico, hasta alcanzar la presión de condensación. En esas condiciones el fluido atraviesa el condensador mientras intercambia calor con el medio exterior. Como consecuencia de la cesión de calor se produce la condensación del fluido, que sale del condensador y alcanza la válvula de expansión totalmente en estado líquido. Esta última parte del proceso, se puede considerar isotérmica, ya que no varía la temperatura durante el cambio de estado. El tramo del circuito comprendido entre el compresor y la válvula de expansión, se conoce como lado de alta o zona de alta presión.

El dispositivo de expansión provoca una caída repentina de la presión y la temperatura sin intercambio de calor, por lo que esta parte del proceso se puede considerar, idealmente, como una transformación adiabática o isoentálpica. El fluido todavía en estado líquido y a la presión de vaporización penetra en el evaporador, intercambiador de calor ubicado en el medio que se pretende enfriar, del cual absorbe la energía térmica correspondiente al calor latente de vaporización, de forma que el fluido sale del evaporador completamente en estado de vapor. La transformación se puede considerar isotérmica por la misma razón que se dió en el condensador. El tramo del circuito desde la válvula de expansión hasta el compresor se conoce como lado de baja o zona de baja presión. A continuación, el vapor es aspirado por el compresor para iniciar de nuevo el ciclo.

Ciclo frigorífico de compresión

En el ciclo de refrigeración ideal, en los balances de energía del equipo, se desprecia cualquier pérdida o ganancia de calor en las tuberías, considerando que los únicos intercambios de calor que se producen en el sistema, ocurren en el evaporador y en el condensador. Sin embargo, en el ciclo real el fluido refrigerante sufre una ligera caída de presión y temperatura debido a las perdidas por fricción, sobre todo en evaporador y condensador y en las restricciones de las válvulas de admisión y de escape. Esto hace que el ciclo real resulte ligeramente distorsionado respecto del ciclo ideal de la figura.

Régimen seco y régimen húmedo

régimen seco

La llegada de líquido al compresor, por poco que sea,[3]

Diagrama Ph de sistema frigorífico de compresión mecánica con sobrecalentamiento y subenfriamiento.

régimen húmedo

Si se deja muy abierta la válvula de laminación, llega mucho líquido al evaporador. El compresor aspira el fluido en estado de vapor húmedo, pero con un título que permita que al final de la compresión, en el interior del cilindro haya vapor saturado seco. Esta forma de trabajo produce una bajada de temperatura del compresor, ya que parte del calor de compresión es absorbido por la evaporación de la parte líquida que lleva el fluido aspirado. Pero la mayor ventaja se produce en el evaporador, donde al haber más líquido, aumenta la superficie mojada de los tubos y por tanto, se mejora el coeficiente de película y en general el coeficiente global de transmisión y con ello el intercambio de calor con el ambiente.

Se puede resumir diciendo que en una instalación frigorífica de compresión, debe trabajarse con régimen seco en el compresor y lo más húmedo posible en el evaporador.[4] Esto se consigue intercalando entre el evaporador y el compresor un recipiente de líquido en el que se separan las partículas líquidas que vienen del evaporador.

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