Curso de Instalaciones Frigoríficas: 12. Evaporadores

En la lección número 12 del curso de instalaciones frigoríficas hablaremos del evaporador, que el el foco frío de la planta, un intercambiador de calor en el que el refrigerante absorbe calor del medio que queremos enfriar.

En las cámaras frigoríficas los evaporadores enfrían el aire ambiente del interior de la cámara; en las máquinas enfriadoras de agua, los evaporadores son normalmente intercambiadores de placas en los que el refrigerante enfría el agua. En función de la naturaleza del medio a enfriar tendremos distintos tipos de evaporadores.

Evaporadores de expansión directa

En instalaciones con evaporadores de expansión directa solemos tener dispositivos de expansión del tipo tubo capilar o válvula de expansión termostática. Estas plantas están diseñadas para que todo el refrigerante que entra en el evaporador termine por evaporarse, obteniéndose a la salida del evaporador vapor recalentado, que te recuerdo que es como se llama al vapor que está a una temperatura mayor de la del cambio de estado. Podemos ver el funcionamiento de los evaporadores de expansión directa en la siguiente figura:

El refrigerante entra al evaporador procedente del dispositivo de expansión, como mezcla de líquido y vapor saturados. La mezcla se encuentra fría y a baja presión. Al iniciar su recorrido por el evaporador, el refrigerante recibe calor del medio a enfriar, calor que es empleado en evaporar el líquido. A medida que avanzamos por el evaporador tenemos más vapor y menos líquido, a este proceso le llamamos evaporación, y en la gráfica empieza en el punto 1 y finaliza en el punto 2.

Para los refrigerantes puros (R0xx, R1xx, R2xx, R6xx y R7xx) y las mezclas azeotrópicas (R5xx) la evaporación tiene lugar sin cambio de temperatura; si el refrigerante es una mezcla zeotrópica (R4xx) durante la evaporación aumenta la temperatura. Para algunos zeótropos este aumento es poco significativo, pero para otros es importantes.

Una vez finalizada la evaporación, en el punto 2, tenemos todo el refrigerante en forma de vapor saturado. Este vapor todavía está frío, a una temperatura menor que la del medio a enfriar; aprovechamos esto para recalentar ligeramente el vapor en un proceso llamado recalentamiento útil, que en el gráfico vemos desde el punto 2 hasta el punto 3.

El recalentamiento útil es una solución de compromiso. Tiene como ventajas que protege al compresor frente a la entrada de líquido y que aumenta la producción de calor específica (por kg de refrigerante) y como inconvenientes que hace aumentar el volumen específico en la aspiración del compresor, afectando al rendimiento volumétrico, y que provoca mayores temperaturas de descarga. En las instalaciones de expansión directa este recalentamiento útil suele ser del orden de 4 – 5ºC. En instalaciones de amoniaco resulta muy perjudicial por lo que buscamos otros regímenes de funcionamiento.

Evaporadores en régimen inundado

En las instalaciones de amoniaco el recalentamiento útil resulta perjudicial para el ciclo frigorífico. Si a esto le sumamos que el amoniaco tiene un coste asequible, que es menos denso que el lubricante y no se mezcla con el mismo, tenemos una serie de condicionantes que nos invitan a trabajar en régimen inundado o semi inundado.

En este tipo de instalaciones contamos con dispositivos de expansión de flotador, electrónicos controlados por nivel, o manuales. El amoniaco se expansiona a un depósito en la zona de baja presión donde decantamos el líquido y el compresor aspira el vapor saturado que se forma en la parte alta del depósito. El liquido saturado de la parte baja inunda los evaporadores simplemente por gravedad (régimen semi inundado) o es forzado a circular por ellos con bombas de refrigerante líquido, como te muestro en la siguiente figura. Si tenemos bombas de refrigerante decimos que trabajamos en régimen inundado:

Vídeo de la lección