En los sistemas de refrigeración y aires acondicionados, los evaporadores son una parte esencial. Es donde se efectúa el proceso que permite descender la temperatura del espacio que deseamos acondicionar.
Como ya se sabe, el calor siempre se mueve de una sustancia más caliente a otra más fría. Por lo tanto, la temperatura del refrigerante debe ser menor que la del aire circundante, pero, ¿Cómo se consigue el enfriamiento de un espacio?
El calor que hay en el espacio atraviesa la sección de serpentines del evaporador, incrustándose en el metal del serpentín. Después, este calor se transfiere al fluido refrigerante que fluye a través de los tubos. El refrigerante hierve hasta que se transforma en gas. Como sabemos que el refrigerante tiene un bajo punto de ebullición, todo el calor absorbido por él hace que se liberen las bajas temperaturas que el fluido refrigerante porta en ese momento, enfriando el espacio.
Se ha mencionado en otras ocasiones que cuando se enfría un espacio, en realidad no es que un equipo de refrigeración/enfriamiento esté suministrando aire frío al recinto, sino que más bien extrae el calor que hay dentro de él.
Teniendo esto último en cuenta, se explica lo siguiente:
Si consideramos un refrigerador doméstico, el sistema de refrigeración de este hace que la temperatura dentro del refrigerador descienda extrayendo el calor que hay dentro del mismo. Este proceso tiene lugar en el evaporador, que es un tramo de tubos conectados en serie formando un serpentín que se coloca en el compartimento del congelador del refrigerador.
Dentro de dicho serpentín se encuentra un refrigerante en estado líquido que está sometido a una baja presión y por ende, se encuentra a una baja temperatura. Partiendo del principio de que el calor se mueve de una sustancia más caliente a otra más fría, entonces, el calor que hay dentro del refrigerador (que es una temperatura más alta de la que tiene el refrigerante) es transferido al metal del serpentín y este es de nuevo transferido al interior del refrigerante haciendo que se caliente hasta su punto de ebullición, tomando más y más calor hasta que se convierte en gas. Este proceso de vaporización permite que la temperatura dentro del refrigerador descienda, volviéndolo más frío.
Ahora bien, ¿Qué sucede después que el refrigerante se ha convertido en gas y ha absorbido todo el calor que ha podido? Pues, una vez terminado el proceso de vaporización, el refrigerante, en forma de gas, es extraído del serpentín evaporador por el compresor por una línea de succión, el cual, comprime el refrigerante y lo libera hacia el serpentín condensador, convirtiéndolo otra vez en líquido, regresando una vez más al evaporador y volver a efectuar el proceso que mencionamos anteriormente.
Teniendo en cuenta todo lo mencionado, la falta de calor dentro del refrigerador, la cual se ve reflejada como una baja temperatura (frío), puede controlarse por medio de un termostato. Si estos dispositivos no existieran, en el caso de los refrigeradores, provocaría que se extraiga tanto calor, suficiente como para que los alimentos que están almacenados dentro del refrigerador se congelen. Naturalmente, esto no es bueno, es por eso la necesidad de mantener controlada la temperatura. Y es precisamente ese el trabajo del termostato. Mantener un control de la temperatura interna del refrigerador, que a su vez controla un interruptor que se conecta y desconecta el compresor según sea necesario para mantener el interior del refrigerador a una temperatura constante. Se hablará con más detalle de estos dispositivos en otro momento. Ahora, sigamos con los evaporadores.
Si bien es cierto que los evaporadores efectúan la misma acción, hay dos aspectos que difieren de cada uno. El primer aspecto es la forma en que se controla el refrigerante dentro de cada serpentín evaporador. El segundo aspecto es la forma en que cada uno está diseñado, ya que se construyen de distintos tamaños y tienen diseños diferentes. lo cual permite clasificarlos de distintas maneras.
Métodos de control del refrigerante
Los evaporadores emplean diferentes métodos de control de refrigerante. Cada método está determinado por la cantidad de flujo refrigerante con la que cada evaporador se alimenta y trabaja, lo que distingue a uno de los otros. Existen diferentes tipos de evaporadores. Los que más se usan normalmente son:
- Evaporador de expansión seca
- Evaporador de expansión húmeda
- Evaporador inundado
- Evaporador sobrealimentado
Evaporador de expansión seca
Los evaporadores de expansión seca consisten en una sección larga de tubería, en la cual, en un extremo, mediante una válvula de control de flujo, el refrigerante ingresa a través de él. La característica de estos evaporadores es que se llenan de refrigerante aproximadamente una cuarta parte de la capacidad del tubo (es decir, un 25%), que es la cantidad de refrigerante que la válvula de control deja pasar.
El poco flujo de refrigerante provoca que este se mueva con mucha velocidad y sea lanzado contra las paredes del tubo, provocando un sobrecalentamiento del refrigerante de 15 a 20°C de supercalor, o vapor sobrecalentado. Estos evaporadores son utilizados comúnmente en los sistemas de refrigeración de media y baja temperatura y sistemas de aire acondicionado. Los evaporadores de expansión seca no suelen utilizarse para instalaciones de un volumen mayor de acondicionamiento.
Evaporación de expansión húmeda
La sección larga de la tubería del evaporador de expansión húmeda suele llenarse aproximadamente a la mitad de su capacidad (es decir, un 50%). Para el uso de estos evaporadores suelen utilizarse intercambiadores de calor para agregar unos cuantos grados adicionales a la temperatura del supercalor. Esto último permite mejorar la eficiencia de enfriamiento hasta un 20% aproximadamente.
Evaporador inundado
Podríamos decir que los evaporadores inundados trabajan a una capacidad del 75%, es decir, unas tres cuartas partes del volumen total del refrigerante en estado líquido.
En casi todos los casos, los evaporadores inundados requieren de un intercambiador de calor que hace más segura la succión del gas que deberá sobrecalentarse, por ejemplo, si se sobrecalienta el gas que se succiona, se asegura que se evapora todo el refrigerante antes de llegar al compresor, ya que, en el caso de que llegue algo de líquido al compresor, este se podría dañar. Para evitar esto, se implementa una cámara de separación. Su función es garantizar que no llegue refrigerante líquido al compresor, ¿Cómo? Separando el refrigerante líquido del gaseoso. Después, todo el líquido lo regresa al evaporador sin que antes pase por el compresor, esto hará que se logre evaporar ese refrigerante líquido siguiendo un segundo recorrido por el serpentín evaporador.
Evaporador sobrealimentado
Construcción y diseño de los evaporadores
Como se mencionó anteriormente, los evaporadores también se clasifican por el diseño en que están fabricados. Los tres tipos de diseño son:
- Evaporadores de tubos descubiertos
- Evaporadores de placas
- Evaporadores aleteados
Evaporadores de tubos descubiertos
Los evaporadores de tubos descubiertos son fabricados tal como su nombre lo indica: con toda la línea de tubos de cobre o acero, según sea el caso, totalmente descubiertos, sin ningún medio que los proteja de golpes o percances externos. Los evaporadores con cobre descubierto se utilizan normalmente para los evaporadores de pequeños volúmenes de refrigerante, mientras que los de acero son usados para volúmenes mayores. Además, el uso más común de la tubería de acero es en los sistemas de refrigeración que emplean amoniaco como refrigerante.
Evaporadores de placas
Existen varios tipos de estos evaporadores. Uno de ellos consta de dos placas acanaladas y asimétricas las cuales son soldadas herméticamente una contra la otra de manera tal que el gas refrigerante pueda fluir a través de ellas; son ampliamente usados en refrigeradores y congeladores debido a su costo económico, fácil limpieza y modulación de fabricación. Otro tipo de evaporador corresponde a una tubería doblada en serpentín instalada entre dos placas metálicas soldadas por sus orillas. Ambos tipos de evaporadores, los que suelen ir recubiertos con pintura epóxica, tienen excelente respuesta en aplicaciones de refrigeración para la conservación de productos congelados.
Evaporadores aleteados
Los serpentines aleteados son los más comúnmente empleados en la refrigeración industrial, comercial e residencial. También se usan en los evaporadores de los acondicionadores de aire. Los serpentines aleteados son similares a los de tubo descubierto, con la única diferencia de que sobre estos se colocan una serie de placas metálicas en forma vertical, también llamadas aletas, motivo por el cuál se le da el nombre a estos evaporadores.
Al contener este aleteado se aumenta la superficie de absorción de calor, aumentando la superficie externa del intercambiador de calor, lo que provoca una mejora en la eficiencia de enfriamiento.
Algo importante es que el tamaño y el espacio entre una aleta y la otra dependerá del tipo de aplicación que se le dará al serpentín. Por ejemplo, en el caso de que se requiera que el sistema brinde una extracción de calor mayor, será necesario que el aleteado tenga una mayor separación entre ellas. A menor temperatura, mayor espacio entre las aletas.
En cuanto a los evaporadores para aires acondicionados, debido a que estos equipos evaporan a mayores temperaturas y no generan escarcha, estos pueden tener una mayor cantidad de aletas en el serpentín. Debido a que existe una relación entre superficie interior y exterior para estos intercambiadores de calor, resulta del todo ineficiente aumentar en gran número el aleteado del serpentín y excederse en la cantidad sobre su superficie, ya que se disminuye la eficiencia del evaporador dificultando la circulación del aire a través de este.
Por último, mencionar que la circulación del aire a través de los evaporadores puede ser por medio de aire forzado (o convección forzada), apoyado de un ventilador o turbina que force al aire a pasar a través del serpentín, o por convección natural.
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