El circuito frigorífico usado en la refrigeración es un
circuito cerrado llamado de "compresión de vapor".
Este aprovecha la evaporación de un fluido refrigerante
dentro del circuito, en particular en un intercambiador de calor llamado
evaporador, que absorbe energía del aire circundante que después alcanza el
espacio de los alimentos gracias a la convección natural o forzada por
ventiladores.
Una vez evaporado el refrigerante ya no es capaz de absorber
energía de forma significativa, por lo tanto es necesario devolverlo a su
estado de líquido por medio de la condensación.
Se tiene sin embargo el problema de encontrar un ambiente lo
bastante "frío" que absorba energía del refrigerante, que ciertamente
no podrá ser el espacio frigorífico recién refrigerado.
Aprovechando la correlación entre presión y temperatura de
cambio de estado que hace que a presiones mayores correspondan temperaturas
mayores, se utiliza un compresor para llevar el refrigerante a una presión más
elevada que la del evaporador (¡incluso 8-10 veces!) de forma que el proceso de
condensación puede producirse a temperaturas compatibles con una fuente
"fría" fácilmente disponible, típicamente el aire exterior del
edificio.
Aquí la condensación se producirá a temperaturas elevadas
(solamente 35-55°C) dentro de un intercambiador de calor que pone en contacto
el aire exterior con el refrigerante. Este último condensará volviendo al
estado líquido mientras que el aire exterior sufrirá un aumento de temperatura.
El refrigerante líquido está todavía a alta presión a la
salida del condensador. Es necesario, por lo tanto, un órgano de laminación que
expanda el refrigerante líquido reduciendo la presión hasta aquella a la que se
produce la evaporación; ahora el refrigerante vuelve al estado inicial (líquido
a baja presión y temperatura) y puede absorber nuevamente energía del aire
procedente del espacio de los alimentos.
Los principales componentes del circuito frigorífico, por lo
tanto, son:
Evaporador: es un intercambiador de calor similar a un
radiador en caso de uso con aire (serpentín aleteado) o más compacto en caso de
uso con agua (placas, haz tubular); permite el intercambio de energía por
conducción entre el refrigerante que se evapora pasando de líquido a gas y el
aire (o el agua) que se enfría. La evaporación se produce a presión y
temperatura prácticamente constantes salvo alguna pérdida de carga. El
refrigerante en la salida será un gas recalentado con una temperatura
ligeramente superior a la de evaporación.
Compresor: es un mecanismo de compresión volumétrica, o de
reducción progresiva de volumen, basado en sistemas rotativos o alternativos.
Su función es hacer circular el fluido refrigerante dentro del circuito, luego
aspirarlo en el estado de gas del evaporador y comprimirlo, aumentando su
presión, hacia el condensador. El trabajo mecánico del compresor implica
también un aumento notable de la temperatura del gas (incluso más de los 100°C)
y una absorción de energía eléctrica. El consumo eléctrico de un compresor será
tanto mayor cuanto mayor es la diferencia entre las dos presiones a las que
trabaja. Es esencial que el refrigerante en la entrada al compresor esté en el
estado gaseoso ya que los líquidos son notoriamente incompresibles. El
compresor se activa cuando se demanda a la máquina la producción de frío, por medio de sistemas termostáticos.
Condensador: es un intercambiador de calor análogo al
evaporador, de dimensiones ligeramente más generosas también en forma de
batería aleteada, placas o haz tubular. Permite el intercambio de energía entre
el aire exterior (o agua en su caso) forzado por medio de ventiladores y el
refrigerante en forma de gas caliente en la salida hacia el compresor. El
refrigerante se enfriará, condensará a temperatura y presión prácticamente
constantes y a continuación sufrirá un ligero subenfriamiento. En la salida,
por lo tanto, tendremos refrigerante líquido a alta presión y temperatura
ligeramente inferior a la temperatura de condensación.
Órgano de laminación: está constituido por un orificio
calibrado, un tubo capilar de diámetro reducido o una válvula de regulación de
tipo mecánico o motorizada controlada por microprocesador. El estrechamiento
creado por el órgano de laminación permite reducir la presión del refrigerante
líquido procedente del condensador sin ningún intercambio de energía. Aprovecha
el principio de Bernoulli según el cual, por medio de una restricción, la
velocidad del fluido aumenta notablemente causando una disminución de presión
con una relativa disminución de temperatura. De esta forma el refrigerante
líquido vuelve a baja presión y baja temperatura listo para evaporar nuevamente
y repetir el ciclo descrito anteriormente.
El órgano de laminación también tiene el propósito de
controlar el flujo de refrigerante que atraviesa el circuito. Una cantidad
excesiva corre el riesgo de dañar el compresor porque puede que no se evapore
del todo en el evaporador y permanece en parte líquido. Una cantidad
insuficiente reduce mucho la eficiencia de la máquina ya que el evaporador no
se aprovecha.
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