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Tipo de evaporadores según el tipo de construcción
Atendiendo al tipo de construcción 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 está más o menos
en contacto con el refrigerante que se vaporiza 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 están llenas de refrigerante son
las superficies secundarias de transferencia de calor, cuya función 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 instalación, se emplean principalmente
en aquellas instalaciones en las que la temperatura se mantiene por
debajo de -1º C y es inevitable la acumulación de escarcha sobre la
superficie del evaporador.
La acumulación de hielo en la superficie primaria del evaporador no
afecta a la capacidad del equipo en la misma extensión que lo hace en
las aletas.
Tienen, además, la ventaja de que se limpian fácilmente y pueden
descongelarse con rapidez, manualmente, ya sea cepillando o raspando
la acumulación de hielo. Esta operación puede ser realizada sin interrumpir
el proceso de refrigeración y mimetizando la calidad del producto
refrigerado.
Evaporador de tubos lisos
Los evaporadores de tubos lisos se construyen generalmente en acero y
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cobre. Los construidos en acero se utilizan para construir grandes
evaporadores, mientras que los de cobre se usan en instalaciones pequeñas.
Los serpentines de tubos lisos se pueden obtener en varias formas tamaños
y diseños, y generalmente se fabrican bajo pedido, para cada instalación
en particular. Formas comunes son el zig-zag u ovales.
Los evaporadores de este tipo se emplean para el enfriamiento de líquidos.
Evaporadores de placas
Los evaporadores de placas son de varios tipos. Algunos están construidos
con dos láminas de metal estampadas o soldadas, de forma que suministran
una trayectoria al fluido refrigerante entre ellas.
Este tipo de evaporador de placas se utiliza en los frigoríficos y congeladores
domésticos, debido que se limpian fácilmente, y son de construcción
rápida y económica en cualquiera de los diseños establecidos.
Otro tipo de evaporador de placas se construye uniendo a un circuito
tubular dos placas metálicas que se sueldan. Para conseguir un mejor
contacto térmico entre las placas soldadas y el circuito tubular que
transporta el refrigerante, el espacio entre las placas se llena con una
solución eutéctica o bien se realiza el vacío de forma que la presión
atmosférica ejercida en las superficies exteriores de las placas mantenga
éstas firmemente unidas a los tubos.
Evaporadores de este tipo son utilizados en los camiones frigoríficos. En
estos tipos de evaporadores, las placas están situadas verticalmente u
horizontalmente en las paredes o en el techo del camión, conectándose
Evaporadores de tubos lisos
Evaporador tipo placas
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a una planta central de refrigeración mientras que los camiones están
aparcados en las terminales durante la noche.
Evaporadores con aletas
Los evaporadores con aletas son tubos lisos a los que se les han incorporado
placas metálicas o aletas. Estas aletas sirven como superficie secundaria
de absorción de calor y tienen la misión de incrementar la superficie
total del evaporador y, por tanto, su eficiencia.
Se produce un aumento de la eficiencia debido a que en los evaporadores
de tubos lisos, gran parte del aire que circula a su través pasa por los
espacios existentes entre tubo y tubo y no tiene contacto con la superficie
metálica. Cuando las aletas son añadidas a los tubos, estas aletas ocupan
el espacio existente entre los tubos y actúan como colectores de calor,
aumentando la superficie de captación de calor hacia los tubos.
Para que la captación de calor desde las aletas hacia los tubos sea efectiva,
las aletas deben estar colocadas de manera que aseguren un buen contacto
térmico entre ellas y los tubos. En algunos casos, las aletas se sueldan
directamente a la tubería, mientras que en otros se deslizan sobre el
tubo, expandiéndose luego éste por la aplicación de presión o por algún
otro medio, de manera que las aletas se incrustan en la superficie del
tubo, estableciendo un buen contacto térmico.
El tamaño y espaciado de las aletas depende en parte, del tipo particular
de aplicación para el que ha sido diseñado el evaporador.
El tamaño del tubo condiciona el de la aleta proporcionalmente, tubos
pequeños requieren aletas pequeñas y viceversa.
El espaciado entre aletas variara principalmente según la temperatura
de operación del tubo.
El espaciado de las aletas debe ser más amplio para los evaporadores con
convección natural, que para aquellas que emplean ventiladores. Un
aleteado excesivo puede reducir la capacidad del evaporador por restringir
la circulación del aire entre los tubos innecesariamente.
Los evaporadores con aletas tienen una superficie mayor por unidad de
longitud, con lo cual pueden construirse de menor tamaño .

Evaporadores de convección natural
Estos evaporadores se utilizan para refrigeradores domésticos, neveras
portátiles, y almacenes frigoríficos, donde es necesaria una humedad
relativa elevada y no es necesaria la ventilación de los productos
almacenados. Sus inconvenientes son el bajo coeficiente de transmisión
de calor, la deficiente distribución de la temperatura del recinto y la
dificultad de desescarche.
Evaporador convección natural
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El funcionamiento de estos evaporadores se basa en la diferencia de
densidades del aire conforme aumenta de temperatura. El aire del recinto
a enfriar al ponerse en contacto con las aletas del evaporador se enfría,
aumenta su densidad y, al ser más pesado, cae. Es reemplazado por aire
caliente que llega por la parte superior al evaporador y realiza el mismo
ciclo.
La velocidad de circulación del aire sobre los tubos del evaporador en
la convección natural es función de la diferencia de temperatura existente
entre el evaporador y la cámara.
Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura, mayor es el nivel de
circulación.
Evaporadores de convección forzada
Los evaporadores de convección forzada son básicamente tubos lisos con
aletas situados en el interior de una carcasa y equipados con uno o más
ventiladores para suministrar la circulación del aire. Los ventiladores
establecen una circulación de aire forzado, aumentando así la absorción
de calor y reduciendo, en consecuencia, la superficie del evaporador.
Ventajas de los evaporadores de convección forzada.
Formas más compactas.
Tamaño reducido.
Facilidad de instalación.
Obtención de una temperatura más uniforme debido a la rápida
circulación de aire.
Regulación del grado de humedad relativa.
La caída de temperatura del aire que circula por el evaporador debe ser
la mitad de la diferencia entre la temperatura del recinto y la de
vaporización del refrigerante.
Como regla general, la velocidad del aire debe ser mantenida entre 1-
2,5 m/s.

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 dirección a
través del tubo interior mientras que el refrigerante fluye en la
dirección opuesta a través del espacio anular entre los tubos interior
y exterior, lo que proporciona un elevado coeficiente de transmisión
de calor, dependiendo éste no sólo de la velocidad de los fluidos sino
también de la diferencia media de temperatura. Se puede tomar
como valor medio de cálculo el de 500 Kcal/m2fh°C.
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 fácil acceso a los tubos interiores y elimina las uniones
de conductos de refrigerante.
Pueden trabajar en régimen 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 fermentación: vino y mosto.
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En ciertas aplicaciones que requieren un coeficiente de transmisión
de calor mayor se construyen de triple tubo, circulando el refrigerante
por la sección anular media.
Enfriadores multitubulares
Llamados también de carcasa y tubos, existen dos grandes grupos en
función 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 régimen seco, regulando el caudal del refrigerante mediante
válvulas termostáticas. El mantenimiento es más complicado que
los que trabajan con amoniaco, se suele realizar un tratamiento
químico.
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 líquido. El flujo de refrigerante se regula a través de una válvula
de flotador, manteniendo el nivel de refrigerante constante, justo
por encima de la última fila de tubos. El mantenimiento es muy
sencillo, se accede muy fácilmente a los tubos eliminando las tapas
de los mismos.
Esta diferencia en su concepción se debe únicamente a las
condiciones de la distinta miscibilidad de estos fluidos con los
aceites de lubricación.
Estos evaporadores se utilizan para enfriar agua, salmuera, leche,
cerveza y otros líquidos de baja viscosidad.
Estos enfriadores son usados exclusivamente para temperaturas
de agua relativamente altas. La temperatura de evaporación debe
ser superior al punto de
congelación del agua.
La velocidad de circulación
del líquido en los tubos no
puede exceder normalmente
de los 2 mIs para
evitar problemas de pérdidas
de presión y de corrosión.
Enfriador multitubular

Salto térmico en el evaporador
Existen varias definiciones de salto térmico en un evaporador.
Dependiendo del salto térmico seleccionado puede ocurrir que la
superficie obtenida para diseñar el evaporador sea insuficiente ya que
se ha seleccionado un salto térmico superior al real. Es muy importante
este dato a la hora de seleccionar o diseñar un evaporador.
La existencia de varias definiciones se debe a que ni la temperatura de
fluido a enfriar, ni la temperatura de ebullición del refrigerante
permanecen constantes mientras los dos fluidos atraviesan el evaporador.
La temperatura del fluido a enfriar disminuye de forma progresiva a
medida que éste pasa a través del evaporador, además la caída de
temperatura no es lineal, sino que es mayor al cruzar la primera hilera
del serpentín y disminuye a medida que éste pasa por las demás hileras.
Esto es debido a que el salto térmico sigue esa evolución en el transcurso
del evaporador. La caída de temperatura se ve mejor representada por
una curva. El punto medio de la curva expresa la temperatura media
real del aire.
La temperatura real de evaporación es la temperatura a la cual la
evaporación tiene lugar en el evaporador, pero esta temperatura no es
constante. En el distribuidor de la válvula de expansión y en la propia
válvula hay una caída de presión e incluso esta caída de presión es mucho
más importante en los tubos del evaporador. Como la presión varía, la
temperatura de evaporación también varía. Sin embargo, no se pueden
realizar cálculos en base a una temperatura que está continuamente
variando, por lo tanto la definición de temperatura de evaporación es
la temperatura de saturación del refrigerante a la presión que haya a la
salida del evaporador.
Se define la diferencia de temperatura media logarítmica como:

2.7. Escarche y desescarche de los evaporadores
El aire atmosférico es una mezcla de gases que contiene, especialmente,
vapor de agua en suspensión, este vapor de agua tiende a depositarse
sobre las superficies refrigerantes cuya temperatura es inferior a la de
la cámara y, en la mayor parte de los casos, por debajo de 0°C.
Dicho vapor de agua se deposita, entonces, en forma de escarcha. La
formación de escarcha es prácticamente ilimitada en cuanto al tiempo,
debido a las infiltraciones de vapor de agua a través de paredes y puertas,
por no ser totalmente estancas, y por las aperturas que se producen por
causas del servicio. Otra fuente de humedad que provoca la formación
de escarcha es la humedad que despiden los productos almacenados en
las cámaras frigoríficas

Procedimientos externos: procedimientos lentos ya que los
desescarches son poco frecuentes.
- Desescarche manual:
Los procedimientos de desescarche por raspado, cepillado o
picado de la escarcha se han abandonado debido a la importante
mano de obra que requerían y, asimismo, a que sólo podían
aplicarse a los evaporadores de tubos lisos.
- Desescarche por paro de la máquina y calentamiento natural de
los evaporadores:
Este sistema sólo puede emplearse si la temperatura de la cámara
es superior a cero grados. Es un procedimiento largo debido a la
poca capacidad calorífica del aire y a la masa térmica importante
que representa la escarcha, el evaporador y el fluido contenido
en el mismo. Requiere el paro de la máquina pero puede
automatizarse fácilmente.
- Desescarche por paro de la máquina y circulación de aire forzado
sobre el evaporador:
También es un sistema para cámaras donde la temperatura es
superior a cero grados. Este procedimiento es similar al
anteriormente descrito, aunque la fusión de la escarcha se acelera
por medio de la circulación de aire sobre el elemento del
evaporador durante el período de parada de la máquina. El
sistema puede automatizarse con facilidad quedando sujeta la
puesta en marcha de la máquina a la fusión total de la escarcha.
- Desescarche por aspersión de agua, salmuera o soluciones
anticongelantes:
Para recintos frigoríficos de temperatura muy próxima a 0°C, el
desescarche puede hacerse atomizando agua sobre la superficie
de los serpentines del evaporador, pero si la temperatura es inferior
a -2°C, se ha de utilizar salmuera o solución anticongelante en
lugar de agua.
El sistema de desescarche por pulverización de agua es
posiblemente el más sencillo de todos los empleados. Una lluvia
de agua a presión sobre las capas de hielo acumuladas sobre el
evaporador, funde el hielo y limpia el evaporador, preparándolo
para el siguiente ciclo de operación. Las baterías de pulverización
de agua se colocan siempre encima del elemento evaporador.
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Es preciso controlar el funcionamiento del ventilador para asegurar
que no funcionará desde unos minutos antes de la inyección de
agua, hasta unos minutos después de interrumpida ésta, a fin de
evitar la proyección de agua fuera del evaporador.
El desescarche por este procedimiento dura aproximadamente
4-5 minutos. Es necesario que se regule la operación de
desescarchado de forma que la máquina no pueda ponerse
nuevamente en marcha hasta que haya goteado totalmente el
evaporador y, además, en el caso de las cámaras de congelación,
deberá preverse un dispositivo que asegure el vaciado del agua
que quede retenida en la batería de pulverización, a fin de evitar
su congelación durante el período de marcha de la máquina.

Desescarche por calentamiento eléctrico del evaporador.
Es un sistema cómodo, fácil de instalar y relativamente sencillo
de regular y controlar, por lo que puede decirse que es el más
generalizado. Es un procedimiento muy utilizado para el
desescarche de evaporadores de tubos aleteados. Además, cuando
se utiliza este sistema suele calentarse eléctricamente también la
bandeja del evaporador y el tubo de drenaje para evitar una nueva
congelación del hielo fundido.
La fusión de la escarcha se obtiene por el calentamiento directo
de las aletas del evaporador, por medio de resistencias bajo tubo,
de fácil recambio, que se adapta en las aletas. En el ciclo de
desescarche, las aletas se calientan por la acción de las resistencias
transmitiendo por conducción a los tubos del evaporador la
energía calorífica cedida por aquéllas, a través de los cuellos de
contacto de las aletas.
La escarcha, que se funde a su contacto con las aletas y los tubos
calientes, se desprende en forma de placas y partículas circulares
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que terminan de fundirse en la bandeja de desagüe colocada en
la parte inferior del evaporador.
El ciclo de desescarche se inicia cerrando la válvula de solenoide
en la tubería de líquido y parando el ventilador del evaporador.
Esto provoca que la presión descienda rápidamente, y que el
compresor gobernado por el presostato de baja pare. A
continuación, se activa el circuito de las resistencias, las cuales
van a fundir el hielo durante su trabajo. Alcanzada la temperatura
en el evaporador, con lo que se tiene la certeza de que no hay
escarcha sobre el mismo, es importante que las resistencias queden
nuevamente fuera de servicio. Según el control utilizado puede
proseguir el ciclo con un período de paro total, para facilitar el
drenaje del agua de deshielo, entrando seguidamente en servicio
la válvula solenoide y el ventilador, poniéndose posteriormente
en marcha el compresor y quedando la instalación en régimen
normal.
Este procedimiento se emplea mucho en las cámaras de
temperatura negativa que no requieran superficies de intercambio
muy grandes.
- Desescarche por gases calientes:
Este sistema presenta distintas variantes, teniendo todas en común,
el utilizar como fuente de calor el gas caliente descargado por el
compresor, para conseguir el desescarche del evaporador.
Dicho dispositivo, además de los elementos convencionales de
una instalación frigorífica, debe incluir:
- Una tubería de gases calientes (1) que une la descarga del
compresor a la entrada del evaporador después de la válvula
de expansión.
- Una válvula de retención (2) que evita toda alimentación
imprevista de líquido al evaporador, durante el desescarche,
por vaciado del condensador.
Esquema equipo con desescarche gas caliente
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- Una válvula solenoide (4) intercalada en la tubería de líquido,
antes de la válvula de expansión, que interrumpe la
alimentación del evaporador por medio de dicha válvula de
expansión durante el período de desescarche.
- Una válvula solenoide (3) que cierra la tubería de gases
calientes durante los períodos de marcha normal.
Una tubería de derivación, equipada con una válvula de solenoide
(3), se instala entre la descarga del compresor y el evaporador.
Cuando la válvula de solenoide abre, el gas caliente de la descarga
del compresor deriva del condensador y entra en el evaporador
en un punto situado inmediatamente delante del sistema de
control de refrigerante. El desescarche se consigue conforme el
gas caliente cede su calor al evaporador frío, provocando la
condensación del refrigerante. Parte del refrigerante condensado
permanece en el evaporador, mientras que el resto regresa al
compresor donde es evaporado por el calor del compresor, siendo
recirculado al evaporador.
Uno de los inconvenientes de este sistema es que, a medida que
se produce el desescarche, se acumula líquido en el evaporador
y vuelve poco refrigerante al compresor para su recirculación. De
esta forma, el sistema tiende a agotar el vapor antes de que el
evaporador esté completamente desescarchado. Otra desventaja
más seria de este método es la posibilidad de que retorne una
cantidad considerable de refrigerante líquido al compresor y
provoque su deterioro. Estos problemas pueden solucionarse
intercalando algún dispositivo para reevaporar el líquido que se
condense en el evaporador antes de que regrese al compresor. El
método particular que se utilice para reevaporar el líquido es el
factor principal que diferencia un sistema de desescarche por gas
caliente, de otro.
Un método común de desescarche por gas caliente es el de
emplear un serpentín evaporador suplementario en la línea de
aspiración para reevaporar el líquido. Durante el ciclo de
funcionamiento normal, la válvula de solenoide en la línea de
aspiración está abierta y el vapor procedente del evaporador deriva
del serpentín reevaporador para evitar una pérdida excesiva de
presión en la línea de aspiración. A intervalos regulares (3 a 6
horas) el control de tiempo de desescarche inicia el ciclo de
descongelación, abriendo la válvula de solenoide en la línea de
gas caliente y cerrando la de la línea de derivación de aspiracion.
Al mismo tiempo, se paran los ventiladores del evaporador y
arranca el del reevaporador. El líquido condensado en el
evaporador, es reevaporado nuevamente en el serpentín del
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reevaporador y regresa como vapor al compresor, en donde es
comprimido y circulado nuevamente al evaporador. Cuando se
ha terminado la descongelación, puede cerrarse el ciclo por medio
de un control de tiempo o por un control de temperatura en el
evaporador. En cualquier caso, el sistema vuelve a ponerse en
operación cerrando la solenoide de gas caliente, abriendo la de
la aspiración, parando el ventilador del reevaporador y arrancando
los ventiladores del evaporador.
Cuando dos o más evaporadores se conectan a un condensador
común se han de desescarchar por separado, según este sistema.
En este caso, el evaporador en operación puede servir como
reevaporador del refrigerante condensado formado en el
evaporador que se está desescarchando.
- Desescarche por inversión del ciclo:
Este sistema es el más eficaz de todos los dispositivos de desescarche
por gases calientes, ya que en este sistema la condensación de los
gases es total en el evaporador, y el líquido formado se reevapora
en el condensador. Durante el período de desescarche se produce
la inversión de los procesos normales del condensador y del
evaporador, de donde proviene la denominación de desescarche
por inversión de ciclo o desescarche por inversión de marcha.
La gran eficacia del sistema procede de que se disipa en el
evaporador, que se halla bajo el ciclo de desescarche, toda la
potencia calorífica de la máquina y, generalmente, a una
temperatura de evaporación superior a la de su marcha normal.
Se puede obtener esta inversión del ciclo funcional utilizando un
dispositivo especial llamado válvula de inversión.