Ciclo de refrigeración: componentes clave

En un ciclo de refrigeración existen cuatro componentes principales: el compresor, el aditamento de expansión, un serpentín evaporador y un serpentín condensador. Antes de explicar las funciones de cada uno, tienes que saber que el protagonista principal del ciclo es el refrigerante. Es el medio de transporte del calor.

Su función es comprimir el refrigerante que proviene del serpentín evaporador, elevando la presión y la temperatura. Debe garantizarse que este refrigerante llegue vaporizado o en estado gaseoso para que el compresor no sufra daños.

En este serpentín se recibe al refrigerante en estado gaseoso, en alta presión y alta temperatura, proveniente del compresor. El refrigerante se satura y se sigue enfriando para pasar al estado líquido hasta llegar al aditamento de expansión. Es en este serpentín donde el calor es expulsado.

Durante la condensación coexisten líquido y vapor, y su proporción cambia a medida que se retira calor. La temperatura de saturación se relaciona con la presión del refrigerante. Esta la puedes medir con tu manómetro de alta presión: solo relacionas la presión con la temperatura dentro de la escala, o la obtienes en las tablas de presión-temperatura de los fabricantes de refrigerantes. La otra lectura la obtienes con un termómetro de contacto en la tubería a la salida del condensador. La resta de la temperatura de saturación menos la temperatura de la línea de líquido te da el subenfriamiento.

Antes de llegar al estado de saturación, el refrigerante pasa por un proceso de reducción del sobrecalentamiento. Le empezamos a retirar calor, que conocemos como calor sensible, donde su temperatura cambia. Seguimos quitándole calor y pasa a un segundo proceso llamado condensación, donde se empiezan a presentar las primeras gotas de líquido o rocío. Es aquí donde el refrigerante se satura y empieza a cambiar su proporción líquido-vapor.

Mientras exista esta mezcla, el calor que le expulsamos al refrigerante en el condensador se le llama calor latente, y su temperatura no cambia. Seguimos quitándole calor hasta que el refrigerante es 100% líquido. Desde ese momento pasa al proceso de subenfriamiento. Al calor que sigue perdiendo se le llama calor sensible, y aquí su temperatura sí cambia. Todo esto lo revisamos en los principios de termodinámica.

Hace lo contrario que el compresor. Debe recibir refrigerante 100% en forma líquida. Al pasar por la expansión, al refrigerante le reduce la presión y la temperatura. A la salida de este aditamento, el refrigerante lo encontramos en forma líquida con mezcla de vapor, resultado de la expansión; el taller lo ilustra mediante la comparación con un pulverizador.

Hace lo contrario que el condensador. En este serpentín se recibe el refrigerante como una mezcla de líquido y vapor, en baja presión y temperatura, proveniente del aditamento de expansión. El calor dentro del recinto donde está ubicado, impulsado por el retorno del equipo de aire acondicionado, hace que el refrigerante se sature. Sigue calentando el refrigerante hasta hervir y cambiar de estado líquido a vapor, y llegar al compresor en baja presión y temperatura. Es así como se termina el ciclo.

Durante la evaporación coexisten líquido y vapor, y su proporción cambia conforme se absorbe calor. La temperatura de saturación se obtiene de la presión del refrigerante usando la escala del manómetro o la tabla presión-temperatura correspondiente. En la demostración, el termómetro de contacto se coloca en la tubería a la entrada del compresor: esa ubicación corresponde al sobrecalentamiento en la succión del compresor.

Para distinguir las mediciones, la documentación del fabricante indica que el sobrecalentamiento del evaporador se comprueba con presión y temperatura cerca de su salida; el del compresor, con ambas lecturas junto a su entrada. En cada punto se resta la temperatura de saturación, obtenida de la presión local, a la temperatura medida en la línea. No combines la temperatura junto al compresor con una presión tomada a la salida del evaporador como si fueran el mismo punto: el trayecto puede añadir calor y producir caída de presión.

En este estado de saturación, el refrigerante empieza a cambiar su proporción líquido-vapor. Mientras exista esta mezcla, el calor que le agregamos en el evaporador se le llama calor latente, y su temperatura no cambia. Seguimos agregando calor del recinto hasta que el refrigerante es 100% vapor. Desde ese momento, al calor que sigue ganando se le llama calor sensible, y aquí su temperatura sí cambia.

Analizando lo anterior, vemos que el compresor y el aditamento de expansión dividen al ciclo de refrigeración en dos partes: el lado de baja presión y el lado de alta presión. Para sacar el calor de un recinto se requiere que los cambios de estado del refrigerante (de líquido a vapor y de vapor a líquido) se den para cumplir con este objetivo. Se aprovecha que el refrigerante tiene esta cualidad de cambiar de estado.

Si el recinto está aislado, al equipo de aire acondicionado le costará menos trabajo porque sacará menos calor, lo cual se verá reflejado en el ahorro de energía eléctrica. Es sumamente importante resaltar que en el diseño de cualquier aire acondicionado se considera una determinada cantidad de refrigerante con la cual el sistema trabajará en óptimas condiciones. Se debe respetar dicha cantidad, ya que un aumento o una disminución afecta directamente la capacidad entregada de los equipos y su operación.