El evaporador es el componente que absorbe el calor no deseado hacia el sistema frigorífico. La temperatura del evaporador deberá ser más baja que la temperatura del medio a ser enfriado. En otras palabras, para que el refrigerante absorba calor, deber ser más frío que el área a ser enfriada.

La diferencia en entalpía está entre el calor transportado en el refrigerante líquido que ingresa al evaporador comparado con el calor transportado en el vapor refrigerante que abandona el evaporador. Esta diferencia nos dice cuanto trabajo está realizando cada libra de refrigerante.El efecto frigorífico es la tarea que se logra mediante el fluido refrigerante. Es la cantidad de calor absorbido por el refrigerante líquido mientras este se evapora.

Para entender qué es lo que sucede en el evaporador, primero se debe entender cómo el refrigerante absorbe el calor. Cuando un refrigerante alcanza su punto de ebullición, obtiene su gran potencial para absorber calor. Cuanto más bajo es el punto de ebullición del refrigerante en el evaporador, mayor es la cantidad de calor que este absorberá. Cuando un refrigerante cambia de estado, de líquido a gas, el calor latente de evaporación del refrigerante produce el efecto frigorífico.

Nota: cuando un refrigerante hierve, este se evapora, absorbe calor, y produce el enfriamiento.

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Un evaporador congelado es una llamada común para reparar para un técnico que trabaja en la industria de la refrigeración. Con una inspección visual de las tuberías será obvio encontrar el problema (pero esto no siempre es fácil). La tubería del evaporador está generalmente alojada en algún tipo de carcaza o alojamiento, haciendo difícil la inspección. También puede ser montada en lugares altos, como en cámaras frigoríficas, haciéndolo más difícil de inspeccionar.

En un sistema funcionando que no está enfriando adecuadamente, la mayoría de los técnicos instalarán sus manómetros en el y leerán las presiones de succión y de descarga. Un sistema con las tuberías completamente cubiertas de hielo mostrará presiones de descarga y succión menores que lo normal.

Un evaporador completamente escarchado generalmente es el resultado de ya sea un inadecuado desescarchado o poca o nada circulación de aire a través de las tuberías. El técnico puede determinar cualquiera de estas condiciones mediante la inspección visual del o los forzadores del evaporador, para asegurarse de que ellos estén funcionando en la dirección correcta y a su máxima velocidad, y también mediante la inspección de la dirección del flujo del aire hacia el evaporador, para asegurarse de que el flujo no esté bloqueado.Un técnico puede fácilmente diagnosticar mal esta condición, como un sistema con poca carga de refrigerante si no inspecciona visualmente las tuberías del evaporador. Si esto sucede, y se agrega refrigerante al sistema, habrá sobrecargado el sistema y creado otro problema adicional. Es de vital importancia inspeccionar visualmente las tuberías del evaporador cuando nos encontramos con un sistema con problemas de presiones de descarga y succión menor que lo normal.

La inspección visual de la condición de las tuberías del evaporador ayudarán al técnico en la determinación de si el sistema: está con baja carga de refrigerante, tiene pobre o nada de flujo de aire a través de las tuberías del evaporador, o tiene un problema con su desescarche.

Un sistema con poca carga puede mostrar algo de escarcha en la tubería del evaporador, pero normalmente habrá solamente en la entrada de la tubería del evaporador y en la salida del dispositivo de expansión. El hielo normalmente estará contenido en esta área.

Una vez que el evaporador se ha cubierto de hielo es importante desescarchar las tuberías de manera que se pueda reparar el sistema. Cuando desescarche las tuberías del evaporador no use ningún dispositivo que pudiese dañar las líneas del refrigerante o las tuberías. ¡Nunca use un pica hielo o cualquier otro instrumento filoso para quitar la escarcha! El modo más eficiente para desescarchar las tuberías es con una pistola de calor o el inicio de un ciclo de desescarche, si es posible. El uso de agua es también un método excelente, sin embargo puede que esto no siempre sea práctico.

La inspección visual de las condiciones de las tuberías del evaporador es un paso muy útil en la reparación de un aire acondicionado o un sistema de refrigeración. Este paso añadido (que a veces puede ser difícil o con inconvenientes) ayudará al técnico en su diagnóstico apropiado de un sistema.

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• evaporador

Si te encuentras reparando una heladera / nevera / refrigerador familiar y desconoces las causas de algún síntoma presentado, accede al enlace que está debajo y descubre el posible origen de la falla. Aplicación muy útil sobre todo para los recién iniciados en el rubro. Recomendamos consultar este Asistente antes de emitir preguntas o dudas en el Foro.

Una forma de quitar el ácido residual de un sistema es haciendo un barrido con refrigerante varias veces, ya que el refrigerante disolverá el aceite y reducirá las concentraciones de aceite y ácido mediante la disolución. Debido a las nuevas regulaciones concernientes al cuidado del medioambiente, esta es una tarea costosa y que además consume mucho tiempo, y el costo del refrigerante usado para la operación de barrido no es un asunto trivial. Una alternativa inaceptable es la de neutralizar el ácido mediante la reacción de éste con una solución base, lo cual resulta en la formación de sales indeseables como productos neutralizantes. Este tipo de solución base puede ser el hidróxido de potasio.

• frigorífico,
• ácido

Leer más: El ácido en los sistemas frigoríficos 3º Parte

Calor latente de fusión

El cambio de una sustancia de sólido a líquido, o de líquido a sólido involucra al calor latente de fusión. También se le denomina como calor latente de congelación o derretimiento.

El calor latente es la cantidad de calor necesario para que cierta sustancia pase del estado sólido a líquido o de líquido a gas sin cambiar su temperatura. Tomando el agua como ejemplo, el calor latente de fusión del hielo es la cantidad de calor que se necesita para que un gramo de hielo pase del estado sólido al líquido sin variar su temperatura en el punto de fusión (273 K).

Calor latente de fusión del hielo a 0º C, 80 cal/g
Calor latente de evaporación del agua a 100º C, 540 cal/g

En el congelamiento de productos alimenticios debe tenerse en cuenta solamente el contenido de agua de éstos para calcular el calor latente de fusión, y generalmente este se calcula mediante la determinación del porcentaje de agua contenido en un cierto producto dado.

Calor latente de evaporación

El cambio de estado de una sustancia de líquido a vapor, o de vapor a líquido involucra al calor latente de evaporación. Dado que la ebullición es un proceso de evaporación rápido, puede llamarse también calor latente de ebullición, calor latente de evaporación, o el proceso inverso, calor latente de condensación.

Una definición más concreta acerca del calor latente de evaporación sería:
Es la cantidad de calor absorbido por una unidad de masa de un líquido para pasar del estado líquido al gaseoso.

Debido a la gran cantida de calor latente involucrada tanto en la evaporación como en la condensación, la transferencia de calor puede ser muy eficiente durante este proceso. Los mismos cambios de estado que afectan al agua se aplican a cualquier líquido, aunque a diferentes temperaturas y presiones.

La absorción de calor mediante el cambio de líquido a vapor, y la descarga de ese calor mediante la condensación del vapor es la clave de la refrigeración, y el movimiento del calor latente involucrado es la base o principio fundamental de la refrigeración.

Calor latente de sublimación

El cambio de estado en forma directa de sólido a vapor sin pasar por la fase líquida puede ocurrir en algunas sustancias. El ejemplo más común es el hielo seco o dióxido de carbono en estado sólido para el enfriamiento. El calor latente de sublimación, es entonces, el pasaje del estado sólido a vapor.

Temperatura de saturación

Es la temperatura / presión en la cual existen simultáneamente el vapor y líquido. Un líquido o vapor saturado es aquel que se encuentra en el punto de ebullición, y para el agua a nivel del mar, la temperatura de saturación es de 100º C. A altas presiones, la temperatura de saturación se verá incrementada, y a bajas presiones, esta disminuirá.

Vapor recalentado

Luego de que el líquido ha cambiado a vapor, cualquier calor agregado al vapor eleva su temperatura mientras la presión permanece constante. Dado que esto resulta en un aumento en la temperatura, esto es calor sensible. El término recalentamiento o vapor recalentado se usa para describir un gas cuya temperatura está por sobre el punto de saturación o de ebullición. El aire alrededor nuestro está compuesto por vapor recalentado.

Líquido subenfriado

Cualquier líquido que tenga una temperatura  menor que la temperatura de saturación correspondiente a su presión, se dice que está subenfriado. El agua a cualquier temperatura menor a su punto de ebullición (100º C a nivel del mar) estará subenfriado.

Presión atmosférica

La atmósfera que rodea a la tierra está compuesta por gases, principalmente por oxígeno y nitrógeno, extendiéndose miles de metros por sobre la superficie de la Tierra. El peso de esa presión atmosférica sobre la Tierra crea la presión atmosférica debajo de la cual vivimos. A un punto dado, la presión atmosférica es relativamente constante excepto por cambios menores debidos a condiciones climáticas. Para propósitos de estandarización y como referencia básica para comparación, la presión atmosférica a nivel del mar ha sido universalmente aceptada, y esta ha sido establecida en un valor de 14.7 libras por pulgada cuadrada, lo cual equivale a la presión ejercida por una columna de mercurio de 29.92 pulgadas de altura.

En altitudes por sobre el nivel del mar, la profundidad de la sábana atmosférica que rodea la Tierra es menor, por lo tanto la presión es menor. A 5000 pies de altitud, la presión atmosférica es de solamente 12.2 libras por pulgada cuadrada.

Presión absoluta

La presión absoluta generalmente expresada en términos de libras por pulgada cuadrada absoluta (psia) de define como la presión existente por encima del vacío perfecto. Por lo tanto en el aire que nos rodea, presión absoluta y presión atmosférica es lo mismo.

Presión manométrica

La presión manométrica está calibrada en 0 libras por pulgada cuadrada en un manómetro que no está conectado a una fuente de presión. Por lo tanto, la presión absoluta de un sistema cerrado será siempre la presión manométrica mas la presión atmosférica. Las presiones por debajo de 0 son lecturas negativas en el manómetro, y se refieren a pulgadas de vacío. Un manovacuómetro (manifold) para refrigeración, tiene su escala calibrada en lectura de pulgada de mercurio. A partir de 14.7 psi es equivalente a 29.92 pulgadas de mercurio, 1 psi es aproximadamente igual a 2 pulgadas de mercurio en el manovacuómetro.

Es importante recordad que las presiones del manifold son solo relativas a la presión absoluta.

En presiones muy bajas, es necesario usar una pequeña unidad de medida, dado que las pulgadas de mercurio son muy grandes para una lectura correcta. El micrón, una unidad métrica, se usa para este propósito, y cuando hablamos de micrones  a la hora de evacuar un sistema, nos referimos a la presión absoluta en unidades de micrón o mercurio.

Un micrón es igual a 1/1000 de milímetros y hay 25.4 milímetros por pulgada. Por lo tanto, un micrón, es igual a 1/25.400 pulgadas. La evacuación hasta 500 micrones, significará una evacuación a una presión absoluta de aproximadamente .02 pulgadas de mercurio, o el equivalente a una lectura de vacío de 29.90 pulgadas de mercurio.

Líquidos: relación entre la presión y temperatura.

La temperatura a la cual los líquidos hierven depende de la presión a la cual son sometidos. La presión del vapor sobre el líquido, que es la presión ejercida por las pequeñas moléculas buscando escapar del líquido y volverse vapor, se incrementa con un aumento en la temperatura hasta el punto en que la presión del vapor se iguala a la presión externa, entonces ocurre la ebullición.

Si por medio de algún medio, como por ejemplo un compresor, se pudiese variar la presión ejercida sobre la superficie del agua, en un contenedor cerrado, el punto de ebullición puede cambiarse a voluntad.

Debido a que todos los líquidos reaccionan de la misma manera, ya sea a diferentes temperaturas y presiones, la presión provee un medio para regular la temperatura de un refrigerante. Si una serpentina forma parte de un sistema cerrado y aislado de la atmósfera y puede mantenerse una presión en el interior equivalente a la temperatura de saturación (punto de ebullición) del líquido, entonces este líquido hervirá a esa temperatura mientras siga absorbiendo calor.

Gases: relación entre la presión y la temperatura

Uno de los fundamentos básicos de la termodinámica se llama "œley del gas perfecto". Esta ley describe la relación de los tres factores básicos que controlan el comportamiento del gas: presión, volumen y temperatura. Para propósitos prácticos, el aire y los gases refrigerantes recalentados pueden ser considerados gases perfectos, y sus comportamientos siguen la siguiente relación:

Presión x Volumen/Temperatura = Presión x Volumen/Temperatura

Uno de los problemas de la refrigeración es la eliminación del calor que fue absorbido durante el proceso de enfriamiento, y una solución práctica es elevar la presión del gas, de manera que la temperatura de saturación o condensación sea suficientemente mayor que la temperatura disponible del medio enfriador (aire o agua), para asegurar suficiente transferencia de calor. Cuando el gas a baja presión, con su baja temperatura de saturación es aspirado por el compresor, el volumen del gas es reducido por la acción de compresión del pistón, y el vapor es descargado como gas a alta presión y temperatura, listo para condensarse debido a su alta temperatura de saturación.

Volumen específico

El volumen específico es el volumen que ocupa un kilogramo de masa de determinada sustancia. Todos los materiales o sustancias tienen determinado un volumen específico propio. El volumen específico varía como consecuencia de cambios en las temperaturas.

Densidad

La densidad de una sustancia está definida como peso por unidad de volumen. Es el peso en gramos de un centímetro cúbico de ducha sustancia. Debido a que por definición la densidad está directamente relacionada al volumen específico, la densidad de un gas puede variar enormemente con cambios en la presión y temperatura.

La densidad es inversamente proporcional al volumen específico, pero al igual que este último, varía con la temperatura.

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Denominamos BOMBA DE CALOR a una máquina térmica capaz de transferir calor de una fuente fría a otra más caliente. Podríamos definirlo como un equipo de aire acondicionado, que en invierno toma calor del aire exterior, a baja temperatura y lo transporta al interior del local que se ha de calentar; todo este proceso se lleva a cabo mediante el accionamiento de un compresor. Sus ventajas fundamentales son su consumo. El ahorro de energía, que es lo mismo que decir, ahorro de dinero. Sirva como ejemplo: por 1 KW de consumo de la red eléctrica, da 3KW de rendimiento en calor; lo

cual equivale a decir que consumiendo la misma energía eléctrica, la Bomba de Calor suministra 3 veces más calor que un aparato de calefacción eléctrica.

Resumiendo, la Bomba de Calor tanto en invierno como en verano; actúa como un equipo acondicionador de aire.

¿Cómo funciona la bomba de calor?

El calor fluye de forma natural desde las altas temperaturas a las bajas temperaturas. Sin embargo, la Bomba de Calor es capaz de hacerlo en dirección contraria, utilizando una cantidad de trabajo relativamente pequeña. Las Bombas de Calor pueden transferir este calor desde las fuentes aturales del entorno a baja temperatura (foco frío), tales como aire, agua o la propia tierra, hacia las dependencias interiores que se pretenden calentar o bien para emplearlo en procesos que precisan calor. Es osible también aprovechar los calores residuales de procesos industriales como foco frío, lo que permite disponer de una fuente a temperatura conocida y constante que mejora el rendimiento del sistema.

Las Bombas de Calor también pueden ser utilizadas para refrigerar. En este caso la transferencia de calor se realiza en el sentido contrario, es decir desde la aplicación que requiere frío al entorno que se encuentra a temperatura superior.

En algunas ocasiones, el calor extraído en el enfriamiento es utilizado para cuando se necesita calentar algo.

Para transportar calor desde la fuente de calor al sumidero de calor, se requiere aportar un trabajo. Teóricamente, el calor total aportado por la Bomba de Calor es el extraído de la fuente de calor más el trabajo
externo aportado.

El principio de funcionamiento de las Bombas de Calor provienen del establecimiento por Carnot en 1824, de los conceptos de ciclo y reversibilidad, y por la concepción teórica posterior de Lord Kelvin. Un gas que
evoluciona en ciclos, es comprimido y luego expansionado y del que se obtiene frio y calor.

El desarrollo de los equipos de refrigeración tuvo un rápido progreso, en plicaciones como la conservación de alimentos y el aire acondicionado. Sin embargo las posibilidades de utilizar la otra fuente térmica, el calor o el frío y calor simultáneamente no se aprovecharon.

Esto fue debido por una parte a las dificultades tecnológicas que presentaba la construcción de la Bomba de Calor y por otra al bajo precio de la energía, que hacía que ésta no fuera competitiva con los sistemas
tradicionales de calefacción a base de carbón, fuel−oil o gas, que presentaban una clara ventaja en relaciónon sus costes. Pero la crisis del petróleo y la subida de los precios de los combustibles a partir de 1973, benefició el desarrollo de la Bomba de Calor.

En el momento actual la utilización de Bombas de Calor supone un ahorro energetico y que se reduzcan las emisiones de CO2. Las Bombas de Calor consumen menos energía primaria que cualquier otro sistema pero hay que tener en cuenta como se genera la energia electrica que consumen las bombas de calor para saber si de verdad no contaminan. Si la energía eléctrica proviene de fuentes como la hidroeléctrica ó eólica, entonces la contaminacion es nula, pero si son de otras como las térmicas es evidente que existe esa contaminación, que de todas maneras es mucho menor que otros aparatos.

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Un tratado acerca del Ciclo de refrigeración dentro de un sistema puede fácilmente tomar semanas o incluso meses para tener una comprensión completa del mismo. En este artículo, en forma breve pero sintetizada se tratará de describir este proceso.

Todo contiene calor

Debemos comprender que estamos tratando con el calor que está en todas las cosas (aire, agua, freón, concreto, etc.). Es un hecho de que el hielo no está frío en términos técnicos, mejor dicho, contiene menos calor que nuestro propio cuerpo, por eso lo llamamos frío. El pensamiento técnico establece que contiene menor calor que nuestro cuerpo puede contener. Por lo tanto, si vemos el calor de esta manera, podremos entender mucho mejor la diferencia mensurable que ellos tienen. Puede haber una diferencia de 68º F en la cantidad de calor entre nuestro cuerpo y el hielo.

Si se ubica un pequeño elemento congelado que está a 128º C  debajo de cero en un tanque con hielo, el hielo estará más CALIENTE que el pequeño elemento y este absorberá rápidamente algo de calor del hielo y se derretirá. Debemos entender la importancia de esto para comprender de qué manera el refrigerante absorbe calor.

La temperatura y presión del refrigerante varían directamente

Esto significa que si mantenemos un envase de refrigerante  R22 sellado y la temperatura del aire circundante es de alrededor 35º C, entonces la presión interior será de 184 libras. A 4,4º C es de solamente 69 libras. Si se calienta el envase, la presión se incrementa y si lo enfría la presión desciende (si permanece en un envase sellado). También, si aumenta la presión en el envase entonces aumentará la temperatura del refrigerante. Este fenómeno lo podemos verificar observando las tablas que muestran las relaciones presiones/temperaturas de los distintos refrigerantes.

El refrigerante se parece al agua

Si se mira a través de un visor de líquido el contenido de un envase con refrigerante, verá líquido o líquido con algo de vapor que se parece al agua, limpio y fluido. Sin embargo es muy diferente al agua, si abre el envase, el refrigerante escapará al exterior en forma de vapor. Esto lo hace por dos razones:

1) Está bajo una gran presión.
2) Hierve a temperaturas por encima de los -38º C, a menos que permanezca en el envase sellado, esto quiere decir, que hierve y se vaporiza instantáneamente tan pronto como se elimina la presión a la que está sometido.

La reducción de la presión al refrigerante provocará que ABSORBA mucho calor

Si se derrama un poco de refrigerante en el piso, inmediatamente se evapora, pero al hacer esto, absorbe una gran cantidad de calor de ese lugar. El piso se tornará frío.

Si se hace circular refrigerante a través de un pequeño tubo y luego por un pequeño orificio y luego por otro tubo, pero mucho más grande, entonces el refrigerante se vaporiza (hierve) y absorbe una gran cantidad de calor (el tubo se sentirá frío). Alguna vez tiene que haber puesto su dedo pulgar sobre una manguera con agua y trató de parar el flujo de agua y como consecuencia de ello obtuvo una chorro fino de que se esparció en el aire (como cuando uno riega un jardín). ¿Recuerda el frío que sintió y la pequeña cantidad de agua que alcanzó el terreno?. Esta se evaporó, absorbió calor del aire circundante. Esto es lo que el refrigerante hace dentro de las tuberías del evaporador mientras circula por este.

Si somete al refrigerante a alta presión, se CALIENTA

Si la presión aumenta, la temperatura aumenta. Si un compresor eleva la presión del refrigerante a 275 libras en el interior de las tuberías del condensador, las tuberías se pondrán CALIENTES debido a que la temperatura del refrigerante aumenta con la presión. El compresor también agrega una gran cantidad de calor, debido a que usa un motor y presión mecánica para mantener el refrigerante presurizado. Pero tenemos que presurizarlo de manera que obtengamos una circulación a alta temperatura del refrigerante, para luego hacerlo pasar por un pequeño orificio y reducir su presión en el evaporador para lograr "œel efecto de enfriamiento". Luego este absorbe una gran cantidad de calor del interior del espacio y es aspirado por el compresor para iniciar el ciclo de nuevo.

A medida que el refrigerante absorbe calor, incrementa la presión en el EVAPORADOR.

El refrigerante a alta presión pasa a través del orificio que hace disminuir su presión (dispositivo que controla el flujo), y comienza a evaporarse. El sistema se diseña para mantener una presión correcta.

Está tan bien diseñado, que una gran parte del "œefecto de enfriamiento" permanece todavía en el refrigerante mientras retorna hacia el compresor, y este enfría los bobinados calientes del motor y las partes mecánicas justo antes de que sea comprimido de nuevo para comenzar el nuevo ciclo a través del sistema. Además, está tan bien diseñado que no deja ingresar líquido en el compresor, debido a que el líquido no se comprime y rompería las válvulas internas del compresor. Como podemos ver, ahora, todas las piezas concuerdan justamente como el fabricante lo ha planeado.

Demasiado o muy poco refrigerante no harán cumplir esta condición anteriormente mencionada. Por esto, la carga del refrigerante debe ser la correcta y las partes deben estar funcionando.

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La primera de ley de la termodinámica establece que: La energía no puede ser creada ni destruida, pero puede cambiar de una forma a otra.

En muchos eventos, el estado de un sistema aislado puede cambiar en una dirección dada, donde el proceso es imposible de revertir. Por ejemplo, la reacción del oxígeno y el hidrógeno producirá agua, donde la reacción reversible (electrólisis) no puede ocurrir sin ayuda externa. Otro ejemplo es cuando se agrega leche al café caliente. Tan pronto se agrega la leche al café, la acción reversible es imposible de lograr.

Estos eventos son explicados por la segunda Ley de la Termodinámica que analiza los eventos que ocurren alrededor nuestro con respecto al tiempo. Contrario a la Primera Ley de la Termodinámica, la Segunda Ley es sensible a la dirección del proceso.

Para un mejor entendimiento acerca de la segunda ley de la termodinámica, debemos introducir la propiedad termodinámica llamada entropía. La entropía de un sistema es simplemente la medida del grado de caos o desorden molecular a un nivel microscópico dentro de un sistema. Cuanto más desorganizado es un sistema, hay menos energía disponible para realizar un trabajo útil; en otras palabras, se requiere de energía para crear orden en un sistema. Cuando un sistema realiza un proceso termodinámico, el estado natural de las cosas dicta que se produce entropía mediante este proceso. En esencia, la Segunda Ley de la Termodinámica establece que, en un sistema aislado, se produce entropía, pero nunca puede ser destruida.

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