Curso de Instalaciones Frigoríficas: 13. Condensadores

Dedicamos la lección 13 del curso de instalaciones frigoríficas a hablar del foco caliente de la instalación, el condensador, que es un intercambiador de calor en el que el refrigerante cede calor a un medio externo, que llamaremos medio condensante.

En las instalaciones domésticas o comerciales solemos emplear como medio condensante el aire ambiente. En instalaciones industriales podemos emplear agua procedente de una torre de refrigeración o de una fuente de agua natural (con las consiguientes implicaciones medioambientales) o combinar aire y agua en un condensador evaporativo. En cualquier caso la función del condensador es la misma, retirar del refrigerante el calor ganado en el evaporador y durante el proceso de compresión. Dentro del condensador tienen lugar tres transformaciones, que puedes ver en el diagrama siguiente:

Desrecalentamiento

El primer proceso que tiene lugar en el condensador es el desrecalentamiento, que en la figura vemos entre el punto 1 y el punto 2. El compresor descarga el refrigerante como vapor recalentado a alta presión y alta temperatura. La temperatura del vapor en este punto (que es el más caliente de la planta frigorífica) es muy superior a la temperatura de condensación a la presión de alta. Por tanto lo primero que debemos hacer es desrecalentar el vapor, eliminando el exceso de temperatura.

Condensación

En el punto 2 el vapor alcanza la temperatura de rocío, convirtiéndose en vapor saturado. Entre el punto 2 y el punto 3 el vapor saturado cede calor al medio condensante transformándose en líquido saturado, en un proceso de cambio de estado llamado condensación. La condensación ocupa la mayor parte de la superficie del condensador.

Para los refrigerantes puros (R0xx, R1xx, R2xx, R6xx, R7xx) y las mezclas azeotrópicas (R5xx) la condensación se produce a temperatura constante, coincidiendo la temperatura de rocío (al principio de la condensación) con la temperatura de burbuja (al final de la condensación). Sin embargo para las mezclas zeotrópicas (R4xx) durante la condensación se da un ligero descenso de temperatura.

Al finalizar la condensación en el punto 3 todo el refrigerante se ha transformado en líquido saturado, que todavía está más caliente que el medio condensante.

Subenfriamiento

La última etapa que tiene lugar en la superficie final del condensador es el subenfriamiento del líquido. En el punto 3 tenemos líquido saturado, que como he dicho, todavía se encuentra a mayor temperatura que el medio condensante. Entre el punto 3 y el punto 4 enfriamos el líquido, que al dejar el punto 3 pasa a ser líquido subenfriado. El subenfriamiento depende mucho del tipo de planta frigorífica y de la temperatura del medio condensante, y puede estar entre 3 y 10ºC. En términos generales, subenfriar es beneficioso, pues garantiza que no se forman burbujas en la línea de líquido que puedan interferir con el funcionamiento del dispositivo de expansión y mejora la producción frigorífica por kg de refrigerante, al reducir el porcentaje de vapor formado durante la expansión (que en tanto por uno se llama título de vapor).

La posibilidad de subenfriar el líquido en el condensador viene condicionada por la aproximación en temperatura que puedo tener entre el líquido a la salida del condensador y la temperatura del medio condensante a la entrada. Aproximaciones menores de 5ºC suelen incrementar de modo radical la superficie del condensador, y no suelen considerarse en diseño. Así si tengo el medio condensante a 30ºC lo normal es que trabaje con una temperatura de burbuja de en torno a 40º y que subenfríe 5ºC, obteniendo refrigerante líquido a 35ºC a la salida del condensador. Aproximaciones mayores en temperatura pueden resultar antieconómicas.

En el vídeo vemos estos aspectos con detalle.

Vídeo de la lección