Trabajo-disertacion Evaporadores Con Dens Adores

INACAP VALPARASOINGENIERA MECNICA EN MANTENIMIENTO INDUSTRIA Refrigeracin y Generacin de Vapor

Evaporadores Condensadores Sistemas de Refrigeracin

Nombre Alumno (s): Jos Jimnez Francisco Caldern Nombre Profesor: Nygel Cayupe Rojas

Evaporadores -Condensadores Sistemas de Refrigeracin

Introduccin Se busca definir y explicar el funcionamiento de 2 equipos que son indispensables en el proceso de refrigeracin de un ambiente en especifico, como lo son el evaporador y el condensador, los que van a ser explicados a continuacin, ya que estos forman parte de un sistema el cual mediante variacin de presiones, entalpia, temperatura. Adems del uso de componentes que son refrigerantes, que es fundamental y es utilizado durante todo el ciclo que se repite n veces en el tiempo, como se necesite, para lograr la Temperatura deseada, donde por sus caractersticas va pasando por distintos estados. Conociendo el proceso, los distintos tipos y caractersticas de estos 2 equipos y como forman parte del sistema, Podremos decidir en el futuro como emplearlos cuando sea necesario y as tomar una decisin correcta, como solucin a un problema o a un diseo solicitado. Ya que es fundamental comprender y entender, para optimizar los procesos.


EVAPORADORES Los evaporadores son intercambiadores de calor en los que tiene lugar la evaporacin del fluido refrigerante sustrayendo calor del espacio que queremos que se enfre. Estn constituidos por un haz de tuberas en las que se evapora el fluido refrigerante extrayendo calor de los alrededores, que es en esencia el fenmeno de produccin de fro, o potencia frigorfica, que se desea conseguir. El evaporador debe obtener la transmisin del flujo calorfico que procede del medio que se enfra al fluido frigorgeno, absorbiendo ste dicho flujo a temperatura constante por liberacin de su calor latente de evaporacin. Esto ocurre debido a que la temperatura de ebullicin del fluido refrigerante es inferior a la temperatura de medio que se desea enfriar, convirtindose el refrigerante en el foco fro, y el medio a refrigerar en el foco caliente. El fluido refrigerante se evapora a baja temperatura y, por tanto, a baja presin, aunque usualmente superior a la atmosfrica, con el objeto de evitar la entrada de gases y/o vapor de agua en el circuito de baja presin. El evaporador de la instalacin frigorfica est ubicado entre la vlvula de expansin y la tubera de aspiracin del compresor. La absorcin de calor del recinto a refrigerar y la transmisin de ese calor al fluido refrigerante, se consigue de la forma siguiente: el fluido proveniente de la vlvula de expansin entra al evaporador a la temperatura de ebullicin correspondiente a la presin existente en el mismo, y lo hace como vapor saturado muy hmedo (con un ttulo de vapor muy bajo); debido a su baja temperatura, absorbe calor a travs de las paredes del evaporador, por lo que se evapora la fraccin lquida y aumenta el ttulo del vapor hasta el valor x = 1 (vapor saturado seco) en el momento de salida del evaporador. La cantidad de calor que absorbe el evaporador depende de la superficie, la diferencia de temperatura (entre el exterior y la temperatura de evaporacin) y el coeficiente de transmisin de calor (K) que es el material que empleamos. S= Superficie (m) D t= Diferencia de temperatura K= Coeficiente de transmisin de calor (Kcal/m/C; W/m/C) Q= Cantidad de calor (W, Kcal) La superficie es siempre constante, puede variar el D t (ventiladores) o la K (hielo en el evaporador, exceso de aceite, etc.).


Los evaporadores pueden ser de tipos variados, ya que la tcnica del fro industrial abarca una muy amplia gama de aplicaciones, al tiempo que deben acomodarse a diferentes condiciones de trabajo que dependen, sobre todo de las temperaturas y del grado de humedad, (ttulo), del vapor a la entrada del evaporador. En funcin de los diferentes requisitos de las distintas aplicaciones, los evaporadores se fabrican con una amplia variedad de criterios, tipos, formas, tamaos y materiales, pudindose clasificar en la siguiente forma para obtener un buen rendimiento, es decir, para conseguir una buena transmisin de calor en el evaporador, ste debe reunir las siguientes condiciones: Operativas: La mayor parte de la superficie del evaporador debe estar en contacto con vapor saturado hmedo y, si es posible, con lquido refrigerante en ebullicin, mejorando as el coeficiente de transmisin de calor. La vaporizacin del fluido debe hacerse preferentemente por ebullicin, condicin que ratifica a la anterior. El vapor debe salir saturado seco hacia el compresor. En caso negativo se colocar un separador de lquido. El fluido circular por el evaporador produciendo una prdida de carga mnima, pero con velocidad suficiente para originar una buena transmisin de calor. En su seno deben separarse del fluido frigorgeno todas las impurezas Debe presentar estanqueidad y solidez respecto al refrigerante utilizado. Constructivas: Su construccin debe ser sencilla, simple de ejecucin y de modo de operacin, siendo su precio bajo. Debe ser resistente a la corrosin. Higinicas y de mantenimiento: Ser de fcil limpieza y, en su caso, de desescarche; acceso fcil para inspeccin, limpieza y disponibilidad para purgar aceite, lo que repercutir en un bajo coste de mantenimiento. Los evaporadores se pueden clasificar en funcin del cometido que se le asigne, es decir, Debido a las muchas y distintas aplicaciones de la refrigeracin mecnica, los evaporadores se fabrican segn distintos diseos.


Se clasifican segn los criterios: Mtodo de alimentacin del lquido refrigerante. Tipo de construccin. Procedimiento de circulacin del aire o lquido. Aplicacin. Tipos de evaporadores segn el mtodo de alimentacin del refrigerante Segn el mtodo de alimentacin del refrigerante los evaporadores se pueden clasificar como: De expansin seca. Inundados. Evaporador de expansin seca (sin separador de lquido). En este tipo de evaporador, la alimentacin del lquido se realiza a travs de una vlvula de expansin termosttica. La cantidad de lquido que entra en el evaporador est limitada a la cantidad que puede ser completamente vaporizada durante el tiempo en que ste recorre el evaporador, de forma que slo llegue vapor al tramo de aspiracin. Se evita as la posible llegada de lquido al compresor, pero no se aprovecha bien la parte final del evaporador. Para obtener una vaporizacin completa del refrigerante en el evaporador, se permite un recalentamiento de 10 C al final del mismo. Esto requiere normalmente de un 10 % a un 20 % de la superficie total del evaporador. La cantidad de lquido en el evaporador de expansin seca vara con la carga del evaporador. Para un evaporador de expansin seca, la relacin cantidad de lquidosuperficie hmeda y por lo tanto, la eficiencia del evaporador, aumenta cuando la carga se incrementa. 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.


Evaporadores de inmersin En los evaporadores inundados, su interior se encuentra siempre completamente lleno de fluido refrigerante lquido, regulndose la alimentacin del mismo mediante una vlvula de flotador, que mantiene constante el nivel de lquido en el evaporador; Tienen una expansin del lquido refrigerante ms rpida y uniforme, mediante tubos unidos en derivacin a unos colectores de distribucin. Los evaporadores inundados estn constituidos por una serie de tubos conectados por un extremo a otro tubo de dimetro mayor, por el que entra el lquido refrigerante, y por el otro extremo se unen a otro tubo, tambin de dimetro mayor que el anterior, a travs del cual se efecta de forma homognea la aspiracin del fluido refrigerante vaporizado, por el compresor. Para que la distribucin de lquido refrigerante sea uniforme, es necesario que los evaporadores de este tipo se instalen bien nivelados; se suele dotar a los tubos de aletas de refrigeracin para mejorar las condiciones de funcionamiento. El material empleado principalmente en este tipo de evaporadores es el tubo de cobre, aunque en instalaciones de gran capacidad tambin se emplean serpentines de tubo de acero.


Tipo de evaporadores segn el tipo de construccin Atendiendo al tipo de construccin empleada, los evaporadores se pueden clasificar en: Evaporadores de tubos lisos. Evaporadores de placas. Evaporadores de superficie ampliada o con aletas. Los evaporadores donde la superficie del evaporador est ms o menos en contacto con el refrigerante que se evaporiza en el interior se clasifican como evaporadores de superficie primaria, es el caso de los evaporadores de tubos lisos y los evaporadores de placas. En los evaporadores con aletas, los tubos por los que circula el refrigerante forman la superficie primaria, mientras que las aletas que no estn llenas de refrigerante son las superficies secundarias de transferencia de calor, cuya funcin es la de captar calor de los alrededores y transmitirlo hasta los tubos que transportan el refrigerante. Los evaporadores de tubos lisos y placas aunque dan resultados satisfactorios en cualquier tipo de instalacin, se emplean principalmente en aquellas instalaciones en las que la temperatura se mantiene por debajo de 1 C y es inevitable la acumulacin de escarcha sobre la superficie del evaporador. La acumulacin de hielo en la superficie primaria del evaporador no afecta a la capacidad del equipo en la misma extensin que lo hace en las aletas. Tienen, adems, la ventaja de que se limpian fcilmente y pueden descongelarse con rapidez, manualmente, ya sea cepillando o raspando la acumulacin de hielo. Esta operacin puede ser realizada sin interrumpir el proceso de refrigeracin y mimetizando la calidad del producto refrigerado. EVAPORADORES DE TUBOS DESNUDOS (Circulacin natural) Los evaporadores de tubo liso estn constituidos por un tubo, al que se da la forma que resulte ms prctica, (zigzag abierto o cerrado, forma oblonga, etc.), y van colocados indistintamente tanto en el techo como en las paredes, se utilizan en aquellas aplicaciones donde sea fundamental la limpieza, el fcil desescarche y el enfriamiento de lquidos por debajo de 1C ya que en estos casos no queda afectada la capacidad del evaporador por la formacin de escarcha sobre su superficie. Los materiales ms empleados para la fabricacin de los evaporadores de tubo liso o desnudo son el acero y el cobre; el tubo de acero se utiliza en el caso de evaporadores


grandes por motivos econmicos y para evaporadores que se utilizan con amoniaco como fluido refrigerante. Los de tubera de cobre se utilizan en evaporadores pequeos y nunca con amonaco por atacar este fluido refrigerante al cobre en presencia de humedad.

EVAPORADORES DE PLACAS (Circulacin natural) Este tipo de evaporadores son los utilizados en refrigeracin domstica, arcones congeladores, y algunos armarios de refrigeracin comercial. Son baratos de construir y se limpia fcilmente. Consiste en dos chapas o placas de aluminio cuya superficie se prepara previamente y se deposita una pasta anti adhesiva siguiendo el trazado establecido en funcin de las dimensiones definitivas del circuito frigorfico. Otra chapa idntica a la primera cubre dicho trazado y el conjunto se lamina en caliente y en fro, lo que hace que se suelden molecularmente las dos chapas, salvo en las zonas en donde se ha depositado la pasta anti adhesiva. De esta forma se obtiene un panel de metal homogneo que comporta en su interior un trazado que no ha sido soldado. Despus del tratamiento trmico, el circuito se hincha bajo presin hidrulica, con el panel montado sobre una prensa a fin de limitar la expansin del metal. Seguidamente se deshidrata convenientemente todo el circuito. En algunos casos se le da forma oportuna para que sirvan de estantera de almacenamiento, tal como ocurre en el alojamiento de los cajones del congelador de los refrigeradores domsticos combis, o bien, en los muebles destinados a la conservacin o exposicin de helados y dems productos congelados. Este tipo de evaporadores acostumbran a fabricarse conjuntamente con el tubo de bajo presin que es de aluminio, y al final de dicho tubo lleva una unin soldada en fro con un trozo de tubo de cobre para soldar al compresor.


Al realizar dicha soldadura es conveniente prestar la mxima atencin en no calentar en exceso dicho tubo, o bien bajar la temperatura de la unin con un trapo mojado, pues de lo contrario se puede deteriorar la soldadura en fro de los materiales (aluminiocobre). Otro evaporador de este tipo consiste en dos placas metlicas corrugadas que estn soldadas juntas de tal manera que la superficie corrugadas forman una tubera por la que fluye el refrigerante. La amplia superficie metlica da lugar a una buena transferencia de calor hacia el refrigerante.

EVAPORADORES ESTTICOS DE TUBO Y ALETAS (Circulacin natural) Estn formados por un serpentn de tubera de cobre la cual se la aplican aletas de aluminio para aumentar as la superficie de transmisin del propio tubo. Estas aletas deben estar separadas entre s convenientemente, a fin de que entre ellas se establezca una adecuada circulacin de aire evitando la formacin de escarcha entre las mismas, ya que de lo contrario sta actuara como aislante y se impedira la perfecta absorcin de calor. Las aletas van soltadas en el tubo o bien se colocan en el tubo y a continuacin conseguir la expansin del tubo. Los evaporadores de aletas, se emplean en aquellos casos en que se dispone de poco espacio. En ese caso la adicin de aletas al tubo desnudo aumenta la superficie efectiva total del evaporador lo que da lugar a un aumento del calor transmitido por unidad de longitud del tubo. Las aletas en el exterior de los tubos aumenta el intercambio trmico en evaporadores de enfriamiento de gases por lo que los evaporadores con aletas son frecuentes en enfriamiento de aire.


En el caso de enfriamiento de lquido no es conveniente la utilizacin de evaporadores con aletas exteriores. nicamente en casos en que la velocidad del lquido sea muy grande, en el exterior del evaporador es conveniente la utilizacin de aletas en el interior de los tubos que conducen el fluido refrigerante. Los evaporadores de aletas son muy sensibles a la suciedad que se acumula en forma de polvo y pelusa del aire adhirindose a las superficies externas hmedas lo cual produce una rpida disminucin de la velocidad de transmisin de calor. Normalmente van instalados en el techo de las cmaras o en las paredes interiores de los muebles, y la circulacin del aire en este tipo de evaporadores es por gravedad. Los evaporadores aleteados son ms pequeos que los de otro tipo para la misma capacidad frigorfica desarrollada.

Tipo de evaporadores segn el procedimiento de circulacin del aire Segn el mtodo de circulacin del aire los evaporadores se clasifican en: Evaporadores de conveccin natural. Evaporadores de conveccin forzada. Para seleccionar la velocidad de circulacin del aire en el espacio refrigerado se debe de tener en cuenta las diferentes aplicaciones existentes. Una corta velocidad del aire disminuye el rendimiento del evaporador, provocando un enfriamiento lento del producto, ocasionando el desarrollo de bacterias. En cambio una excesiva velocidad del aire causa una deshidratacin del producto. La velocidad de circulacin del aire deseada depende sobre todo de: - Humedad de la cmara o espacio a refrigerar.


- Tipo de producto. - Perodo de almacenamiento. Estos tres factores estn interrelacionados. Una pobre circulacin de aire tiene el mismo efecto en el producto que una alta humedad del aire en el recinto, mientras que una alta circulacin de aire tiene el mismo efecto que una baja humedad. Evaporadores de conveccin natural Estos evaporadores se utilizan para refrigeradores domsticos, neveras porttiles, y almacenes frigorficos, donde es necesaria 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.

Evaporadores de conveccin forzada Ventajas de los evaporadores de conveccin forzada. Formas ms compactas. Tamao reducido. Facilidad de instalacin. Obtencin de una temperatura ms uniforme debido a la rpida circulacin de aire. Regulacin del grado de humedad relativa.


La cada de temperatura del aire que circula por el evaporador debe ser la mitad de la diferencia entre la temperatura del recinto y la de vaporizacin del refrigerante. Como regla general, la velocidad del aire debe ser mantenida entre 1- 2,5 m/s. El aire se puede hacer pasar a travs del evaporador mediante conveccin natural o por conveccin forzada. La conveccin natural es la que se presenta en un frigorfico domstico donde el evaporador y el compartimiento de congelacin estn en la parte superior. El aire caliente asciende desde el fondo del compartimiento donde se tienen almacenados los alimentos y entonces se enfra en el evaporador, producindose corrientes de conveccin. En los sistemas de acondicionamiento de aire ste es soplado o insuflado sobre el evaporador por medio de un ventilador. En este caso el evaporador es un tubo en forma de serpentn, con aletas adheridas en igual forma que en el caso anterior, y el conjunto va montado dentro de una caja metlica con uno o varios ventiladores directamente dirigidos, de manera que establecen la circulacin de aire forzado, aumentando as considerablemente la absorcin de calor y reduciendo en consecuencia, la superficie de evaporador que se necesitara para el tipo de circulacin por gravedad. Con este tipo de evaporador se consiguen temperaturas ms uniformes en el interior de la cmara, debido a la rpida circulacin del aire. El espacio entre aletas es ms reducido que en los de circulacin por gravedad, por lo que la formacin de escarcha excesiva podra perjudicar la eficacia del evaporador, pero queda superado por los diferentes sistemas de descarche que entraran en funcionamiento, a fin de mantener libre de hielo la batera y conseguir su mxima eficacia de transmisin. A este tipo de evaporadores se les conoce como evaporadores ventilados, y pueden ser murales que en tal caso les encontraremos instalados normalmente en una pared del recinto refrigerado, o bien de techo, pudiendo ser ambos de boca simple o de doble boca.


Tipos de evaporadores segn su aplicacin Segn su aplicacin podemos diferenciar entre enfriadores de lquidos, de aire y de slidos por contacto directo. Enfriadores de lquidos. Los enfriadores de lquidos se clasifican en: Enfriador Baudelot. Enfriador sumergido o de inmersin. Enfriador de circuito cerrado. Enfriador Baudelot El 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. 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. 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.


Enfriador sumergido o de inmersin Este tipo de evaporador consiste en un enfriador de tubos lisos instalado en el centro o en un lado de un gran tanque de acero, el cual contiene el lquido a enfriar. Aunque completamente sumergido en el lquido a enfriar, el serpentn enfriador est separado del cuerpo principal del lquido por un deflector. Existe un agitador que es empleado para poner en contacto el lquido a enfriar con el serpentn evaporador a una velocidad relativamente alta de 30-45 m/min. Este tipo de serpentn puede adoptar distintas formas: espiral, tubos lisos, etc. Dentro de este tipo de evaporadores se encuentran los utilizados como acumuladores de hielo. El tanque de acumulacin de hielo consiste en un evaporador de tubos lisos o de placas sumergido en un tanque de agua. Los tubos o las placas se separan a una distancia superior a la normal para permitir la formacin de la capa de hielo. Enfriadores de circuito cerrado Los enfriadores de circuito cerrado incluyen: Enfriadores de doble tubo. Enfriadores multitubulares: verticales y horizontales. Enfriadores de doble tubo. Los enfriadores de doble tubo consisten en dos tubos, uno montado en el interior del otro. El fluido a enfriar circula en una direccin a travs del tubo interior mientras que el refrigerante fluye en la direccin opuesta a travs del espacio anular entre los tubos interior y exterior, lo que proporciona un elevado coeficiente de transmisin de calor, dependiendo ste no slo de la velocidad de los fluidos sino tambin de la diferencia


media de temperatura. Se puede tomar como valor medio de clculo el de 500 Kcal/m2fhC. Las longitudes de tubo empleadas se encuentran entre 3 y 6 m, constando cada elemento a refrigerar con 6 a 16 tubos en altura, aislados exteriormente. Los tubos exteriores se sueldan a colectores verticales lo que proporciona un fcil acceso a los tubos interiores y elimina las uniones de conductos de refrigerante. Pueden trabajar en rgimen seco e inundados. Una de las desventajas de estos enfriadores es el gran espacio que ocupan, sobre todo en altura. Se utilizan en aplicaciones muy especiales, como en industrias de fermentacin: vino y mosto. En ciertas aplicaciones que requieren un coeficiente de transmisin de calor mayor se construyen de triple tubo, circulando el refrigerante por la seccin anular media. Enfriadores multitubulares Llamados tambin de carcasa y tubos, existen dos grandes grupos en funcin del refrigerante con el que trabajan. 1. Evaporadores multitubulares cuyo refrigerante es un HFC Construidos en cobre con tubos aleteados laminados, el refrigerante circula por el interior de los tubos. Son enfriadores que trabajan en rgimen seco, regulando el caudal del refrigerante mediante vlvulas termostticas. El mantenimiento es ms complicado que los que trabajan con amoniaco, se suele realizar un tratamiento qumico. 2. Evaporadores de carcasa y tubos cuyo refrigerante es el R-717 (amoniaco). Construidos en acero inoxidable con tubos lisos, el amoniaco circula entre los tubos y la carcasa. Estos evaporadores trabajan inundados, pudiendo utilizar la mitad de la carcasa como separador de lquido. El flujo de refrigerante se regula a travs de una vlvula de flotador, manteniendo el nivel de refrigerante constante, justo por encima de la ltima fila de tubos. El mantenimiento es muy sencillo, se accede muy fcilmente a los tubos eliminando las tapas de los mismos. Esta diferencia en su concepcin se debe nicamente a las condiciones de la distinta miscibilidad de estos fluidos con los aceites de lubricacin. Estos evaporadores se utilizan para enfriar agua, salmuera, leche, cerveza y otros lquidos de baja viscosidad.


Estos enfriadores son usados exclusivamente para temperaturas de agua relativamente altas. La temperatura de evaporacin debe ser superior al punto de congelacin del agua. La velocidad de circulacin del lquido en los tubos no puede exceder normalmente de los 2 mIs para evitar problemas de prdidas de presin y de corrosin. DEFECTOS EN LOS EVAPORADORES El evaporador es la parte de la instalacin que ms problemas causa, debido ha: Dificultades de eleccin del tipo adecuado para cada instalacin en particular. Determinacin de su emplazamiento en las instalaciones. Variacin temporal del coeficiente de transmisin de calor como consecuencia de la formacin de hielo, sobre los tubos. Disminucin de rendimiento debido a la presencia en su interior de aceite procedente del compresor. El principal inconveniente de los evaporadores es que el agua contenida en el aire se condensa y se congela sobre la superficie de los tubos para formar hielo y escarcha. Cuanto menor es la temperatura del evaporador mayor es la velocidad de formacin de escarcha. Por supuesto no se tiene formacin de escarcha en aquellos evaporadores donde la temperatura de trabajo es superior a 0 C. La escarcha es mala conductora del calor por lo que la velocidad de transferencia de calor desde el espacio refrigerado hacia el refrigerante se reduce. Esto provoca que la temperatura de evaporacin del refrigerante sea cada vez ms baja por lo que se formar ms escarcha lo que hace ms difcil que entre en calor desde el exterior. De esta manera, se reduce la capacidad frigorfica del evaporador. En los evaporadores aleteados la escarcha que se forma entre las aletas reduce la superficie de contacto entre las aletas y el aire. Esto reduce tambin la transmisin de calor por lo que disminuir la temperatura de evaporizacin y se producir una mayor formacin de escarcha. El agua como se dilata conforme se congela, la expansin que se produce puede daar las aletas. Acumulacin de escarcha en el evaporador La acumulacin de escarcha es un fenmeno que aparece ligado ntimamente a la obtencin de bajas temperaturas, convirtindose en hielo en los tubos y aletas del evaporador; esta escarcha es el resultado lgico de la condensacin y posterior congelacin del vapor de agua contenido en el aire de la cmara, que acumulndose


sobre tubos y aletas forma una capa de hielo que acta como un autntico aislante, impidiendo el normal intercambio de calor entre el sistema a enfriar, el evaporador y el fluido refrigerante, y representa una considerable prdida de rendimiento, tanto en el evaporador, como en la unidad del condensador. Puesto que la formacin de escarcha es un fenmeno normal que no se puede alterar, conviene conocer medios que se pueden aplicar a fin de controlar su formacin y, una vez controlada, poderla eliminar segn un criterio razonable, de acuerdo con las exigencias de la instalacin. La formacin y acumulacin de hielo sobre el evaporador es una circunstancia originada por la ausencia de calor, por lo que, nicamente aplicando calor sobre este hielo o escarcha, se podr lograr su control y eliminacin, sin olvidar que este calor no debe tener ningn efecto inmediato, ni secundario, sobre la temperatura de la cmara, ni sobre los productos en ella almacenados. Sistemas de desescarche.- Los procedimientos ms usuales para desescarche de los evaporadores, son los siguientes: a) Por pulverizacin o lluvia de agua b) Por circulacin de los gases calientes de la descarga del compresor c) Por resistencias elctricas a) Desescarche por pulverizacin o lluvia de agua.Es este el sistema ms sencillo; se proyecta una lluvia de agua a presin sobre las capas de hielo acumuladas en el evaporador, que funden el hielo y limpian el evaporador, preparndole para un correcto funcionamiento. Hay que estudiar el sistema de forma que la totalidad del agua que se proyecta sobre el evaporador, por medio de duchas o pulverizadores, se pueda recibir en una bandeja de desage, y que el tubo de drenaje sea capaz de absorber este caudal, ya que en caso contrario, rebosara de agua, y al caer en la cmara, congelara, con el peligro, adems, de deteriorar algn producto en ella contenido, por lo que se hace necesario controlar el funcionamiento del ventilador para asegurar que funcionar desde unos minutos antes de la inyeccin del agua, hasta unos minutos despus de interrumpirse sta, a fin de evitar que se proyecte agua fuera del evaporador. En algunas instalaciones cuyos compresores funcionan con condensadores de agua, se acumula el agua de condensacin en un depsito y, posteriormente, se utiliza para el desescarche. Con ello se obtiene un ahorro de agua y un ciclo de descongelacin ms corto al utilizar agua a temperatura ms elevada.


b) Descongelacin por los gases calientes de la descarga del compresor.Este procedimiento requiere un profundo conocimiento de las tcnicas de refrigeracin; parece lgico, a simple vista, aprovechar los gases calientes de la descarga del compresor para provocar la descongelacin; sin embargo, este sistema da origen a la necesidad de controlar el fluido refrigerante en estado lquido durante el proceso de desescarche. Existen tres procedimientos basados en el principio de la descongelacin: - Aporte de gas caliente al evaporador - Aporte de gas caliente con el auxilio de un reevaporador - Inversin del ciclo, o bomba de calor - Aporte de gas caliente al evaporador.- El sistema de aporte de gas caliente al evaporador es el ms sencillo y consiste en establecer una va de comunicacin entre la descarga del compresor y la entrada del evaporador, despus de la vlvula de estrangulamiento. El sistema presenta el inconveniente de que al entrar los gases calientes provenientes del compresor en el evaporador, desalojan violentamente los restos de lquido refrigerante que necesariamente quedan en el evaporador, lo cual puede representar un grave riesgo para el compresor. Tambin se puede dar el caso de que los gases calientes al llegar al evaporador, condensen, aumentando la cantidad de lquido que podra retornar al compresor - Aporte de gas caliente con el auxilio de un reevaporador.- Los inconvenientes anteriores han motivado el poner evaporadores adicionales o reevaporadores, que actan durante los ciclos de desescarche, asegurando la total vaporizacin del fluido frigorgeno antes de su llegada al compresor. Estos reevaporadores reciben el lquido acumulado en el evaporador principal, que es empujado por los gases calientes, y por el porcentaje de ellos que condense, a travs de una vlvula de expansin fija, producindose una segunda vaporizacin, o reevaporacin, de forma que el compresor slo aspirar vapor de fluido refrigerante que, al comprimirle, aportar calor y, de esta forma, se podr mantener un ritmo constante de desescarche. Una variante de este sistema consiste en mantener un banco de calor, que no es ms que un tanque en el que una masa de agua se calienta mediante una derivacin de los gases calientes procedentes del escape del compresor. Una parte de la tubera de aspiracin queda sumergida en el agua, que slo acta como tal durante el ciclo de desescarche; - Inversin del ciclo.- Para producir el desescarche, existe tambin la posibilidad de utilizar el principio de funcionamiento de la bomba de calor, que consiste en invertir el


ciclo operativo, convirtiendo el evaporador en condensador, y viceversa. Este procedimiento tampoco est exento de los problemas de control del fluido refrigerante en fase lquida, ya que al invertir el ciclo, hay que tener presente que todo el fluido refrigerante sin vaporizar que hay en el evaporador se dirige al condensador, que junto con lo que en ste se encuentra, se lleva al compresor. Una solucin que pala en parte estos efectos, y que hay que provocar antes de realizar la inversin del ciclo, consiste en efectuar en el evaporador un proceso de vaco previo, reducindose as la cantidad de lquido en circulacin al mnimo, siendo ms sencillo su control. c) Desescarche por resistencias elctricas.Este sistema es fcil de instalar y relativamente sencillo de regular y controlar, por lo que puede decirse que es el ms generalizado. Se acopla un juego de resistencias elctricas al evaporador, en contacto ntimo con las aletas, que se encargar, llegado el momento, de calentar el evaporador hasta licuar totalmente el hielo. Este sistema presenta algunos inconvenientes, como: - Puede existir un calentamiento del fluido refrigerante, en fase lquida, en el evaporador - Una vez terminado el deshielo pueden permanecer las resistencias conectadas, con el peligro de que se estropeen al aumentar su temperatura en forma excesiva y anormal Una solucin puede ser la siguiente: Para el primer caso hay que efectuar un proceso de vaco previo o simultneo a la descongelacin. Para el segundo hay que instalar un control, termosttico o presosttico, que facilite la regulacin del final del proceso de descongelacin, eliminando la posibilidad de fusin de las resistencias elctricas. El sistema de descongelacin por resistencias elctricas se puede automatizar de diversas maneras, con ligeras variantes entre s, dando todas ellas excelentes resultados: - Mediante la accin de un temporizador se controla el funcionamiento de la vlvula solenoide, de los ventiladores y del juego de resistencias - Colocacin de un automatismo con la colaboracin de un temporizador y un termostato especial de doble contacto Otro procedimiento de resultados similares, pero con tcnicas ligeramente distintas, consiste en efectuar el automatismo con la colaboracin de un temporizador y un termostato especial de doble contacto, de forma que pueda controlarse la variacin de temperatura del evaporador durante el perodo de desescarche y permita retrasar la


puesta en marcha del ventilador; en este caso la operacin se hace como se indica a continuacin: Control de fin de desescarche.Hay que tener en cuenta que la acumulacin de escarcha sobre el evaporador depende de la cantidad de vapor de agua que tengan los productos almacenados, del porcentaje de humedad relativa del aire que pueda penetrar en la cmara por apertura de puertas, o por las fugas o fallos del aislamiento de la cmara, lo que permite asegurar que la acumulacin de escarcha sobre el evaporador es bastante irregular, lo que obliga a disponer de tiempos de descongelacin distintos para cada ciclo, objetivo que no es fcil de conseguir si slo se controla la instalacin con un temporizador.


CONDENSADORES

La unidad compresora tiene como misin aspirar el vapor del fluido frigorgeno formado en el evaporador, comprimirlo hasta un valor apto para la condensacin y, una vez licuado en el condensador, utilizarlo nuevamente en el proceso de refrigeracin de la cmara frigorfica. El tamao del condensador es funcin de la cantidad de fluido frigorgeno que se comprima, dependiendo de ello la superficie del mismo, como intercambiador de calor, para transmitir al fluido frigorgeno el calor latente de la condensacin. En el condensador se va a producir la eliminacin de calor al medio exterior a travs de un sistema de refrigeracin. El fluido frigorgeno, que llega al condensador, lo hace en estado de vapor, saturado o recalentado, y posee una temperatura superior a la del medio de refrigeracin que se va a utilizar en el condensador, generalmente aire o agua, por lo que el fluido refrigerante, a la temperatura del medio exterior, absorber el calor latente del fluido frigorgeno, provocando su condensacin, el cual, una vez licuado y en muchos casos, refrigerado en contracorriente con vapor del evaporador, pasa a la vlvula de estrangulamiento, que lo lamina y expansiona, para volver de nuevo al evaporador, e iniciar un nuevo ciclo. En la inmensa mayora de los casos el medio refrigerante es el aire, o el agua o una mezcla de ambos, clasificndose en: - Enfriados por aire - Enfriados por agua - Evaporativos

CONDENSADORES ENFRIADOS POR AIRE Cuando el medio condensante es el aire la circulacin de ste a travs del condensador puede tener lugar por: - Conveccin natural - Conveccin forzada


Condensadores refrigerados por aire en conveccin natural 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 intercambio. 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. Condensadores refrigerados por aire en conveccin forzada En ellos 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 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. Los condensadores de aire de conveccin forzada por un ventilador se dividen en dos grupos segn su localizacin:

Condensador por conveccin forzada a) Montados en un chasis sobre el que va tambin el compresor (el conjunto se llama unidad condensadora) b) Remotos


El tipo de instalacin sobre chasis comn al compresor se utiliza principalmente en aplicaciones de poca capacidad. Los condensadores enfriados por aire remotos pueden ir instalados en el exterior o dentro de un edificio. En este ltimo caso podra ser necesario construir un conducto que lleve el aire exterior hasta el condensador y otro que conduzca hasta el exterior del edificio el aire una vez calentado en el condensador. Debido a la prdida de carga del aire en los conductos, el condensador va dotado en este caso de un ventilador centrfugo.

Condensador enfriado por aire en conveccin Condensador refrigerado por aire, en interior forzada

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. 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. Es frecuente que en la superficie de los tubos, en el lado del agua, se forme un depsito de sarro causado principalmente por slidos minerales que se precipitan del agua. Dicha capa no slo reduce la transmisin


sino que adems restringe el rea de paso en el lado del agua reduciendo la cantidad de sta que circula. La formacin de sarro se ve afectada por la calidad del agua y su posible tratamiento, la temperatura de condensacin y la frecuencia de limpieza de los tubos. El agua utilizada como medio condensante puede utilizarse una sola vez (agua perdida) o recircularse, previo enfriamiento, en una torre de refrigeracin. Los condensadores enfriados por agua se clasifican en tres tipos bsicos: a) De doble tubo b) De carcasa y serpentn c) De carcasa y tubo

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 intermedio circula el vapor del fluido frigorgeno a condensar; se trata de un intercambiador de un solo tubo y carcasa, que actualmente est en desuso.

Condensador Enfriado por Agua por doble Tubo

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. La superficie en el lado del fluido frigorgeno del tubo interior suele llevar aletas para aumentar la transmisin de calor en el caso de utilizar refrigerantes halogenados los cuales tienen coeficientes de pelcula relativamente bajos.


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.

Condensador Carcasa y Serpentn 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.


Intercambiador de Carcasa y Tubo CONDENSADORES EVAPORATIVOS

Emplean simultneamente agua y aire como medios condensantes; se componen de un serpentn por el que circula el fluido frigorgeno, un ventilador con su motor, boquillas de pulverizacin, sistemas de distribucin de agua, tanque, bomba de circulacin del agua y carcasa. Condensadores de lluvia Los condensadores de lluvia, o condensadores de aspersin, o condensadores evaporativos abiertos, consisten en una o varias filas de tubos por cuyo interior circula el fluido frigorgeno, sobre los que se hace discurrir el agua que es impulsada por la bomba de recirculacin desde el tanque a las boquillas, donde se pulveriza sobre los tubos del serpentn, evaporndose en contacto con el aire en circulacin y cayendo la no evaporada al tanque. El fluido frigorgeno cede calor para la evaporacin del agua y en menor medida para el calentamiento del aire que circula por el condensador. Durante la condensacin del vapor en los tubos se suministra el calor desprendido en la condensacin a los mismos, y desde ellos pasa al agua que cae en forma de lluvia. El agua no se calienta, ya que una pequea parte de la misma se est evaporando continuamente; el calor requerido para esta evaporacin se toma de la propia agua, que as se mantiene fra.


El vapor de agua producido se elimina arrastrado por el aire que sopla sobre el condensador. El agua se recoge en una bandeja, desde la que se vuelve a hacer circular por medio de una bomba; para facilitar la limpieza del sarro el serpentn del refrigerante es por lo comn de tubo desnudo.

Condensador Evaporativo

Torres de Enfriamiento


Condensadores en evaporacin forzada

En los condensadores en evaporacin forzada, de igual principio que los anteriores, se hace una circulacin forzada de aire mediante ventiladores, que permiten una mejor evacuacin del calor.


Conclusin Los componentes que conforman el sistema de refrigeracin determinan las caractersticas que hacen que este sistema sea muy importante en un conjunto, ya sea para prestaciones industriales o de menor solicitacin como en un auto o para utilizacin domstica (en un edificio o cmaras frigorficas). En este trabajo se focaliz en los diferentes tipos de evaporadores y condensadores que forman parte de un sistema de refrigeracin, las diferentes conformaciones que son ideadas para las diferentes solicitudes que se necesite, los materiales que dan forma a este sistema, los diferentes factores que influyen a la hora de determinar el evaporador y condensador adecuado para el sistema. Si bien estos sistemas tienen el mismo principio de funcionamiento (intercambiador de calor), la diferencia entre ellos es que el condensador se encarga de expulsar el calor del sistema que ha sido absorbido por el evaporador. Otro factor que los diferencia es que el evaporador trabaja con el cambio de estado de lquido a vapor, siendo presiones menores que en el condensador, en cambio el condensador trabaja de vapor a lquido, que es cuando se rechaza ms cantidad de calor. Estos factores hacen que estos dos sistemas sean un complemento primordial para el sistema de refrigeracin.

Trabajo-disertacion Evaporadores Con Dens Adores

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