El Ciclo de Refrigeración: Cómo Funciona una Máquina Frigorífica

Principios y Funcionamiento del Ciclo de Refrigeración

El fluido criogénico circula en un circuito cerrado por el sistema y sufre una serie de transformaciones continuas para lograr el enfriamiento. A continuación, se detallan los componentes clave y las etapas de este ciclo termodinámico.

Componentes Principales de una Máquina Frigorífica

• Compresor:
  • Comprime el fluido criogénico en estado de vapor, lo que reduce su volumen y aumenta su presión y temperatura (curva A-B en la figura del ciclo teórico).
  • Facilita la circulación del fluido a lo largo de todo el ciclo.
• Condensador:
  • Produce la licuefacción del fluido, ya sea por circulación de aire o de agua.
  • Cede una cantidad de calor Q1 al medio o entorno exterior y disminuye el volumen del fluido a presión constante (recta B-C en la figura del ciclo teórico).
• Acumulador o Depósito:
  • Almacena el fluido criogénico procedente del condensador y alimenta el evaporador a través de la válvula de expansión.
• Válvula de Expansión:
  • El fluido se expansiona, disminuyendo su presión de p2 (alta presión) a p1 (baja presión) y aumentando su volumen (curva C-D en la figura del ciclo teórico).
  • Este proceso provoca el enfriamiento del refrigerante.
• Evaporador:
  • El fluido criogénico pasa a estado de vapor.
  • Toma una cierta cantidad de calor Q2 del interior del frigorífico, lo que provoca el enfriamiento del recinto (curva D-A en la figura del ciclo teórico).

Etapas del Ciclo de Refrigeración

El fluido criogénico circula en circuito cerrado por el sistema y sufre una serie de transformaciones fundamentales:

1. Compresión: Es comprimido en el compresor, aumentando la presión del refrigerante para facilitar la condensación posterior y posibilitar la circulación del fluido. Este proceso no es espontáneo; es necesario aportar una cantidad de energía, W.
2. Condensación (Licuefacción): A continuación, es licuado por enfriamiento en el condensador. Este cambio de estado supone una cesión de calor Q1 al exterior.
3. Expansión: Después es sometido a un proceso de expansión en el sistema de expansión. La válvula de expansión reduce la presión del fluido hasta alcanzar la del evaporador. Este proceso provoca el enfriamiento del refrigerante.
4. Evaporación: Al llegar al evaporador, el fluido se evapora. Para efectuar este nuevo cambio de estado, ha de tomar una cantidad de calor Q2 del recinto, con lo que se produce el enfriamiento del espacio que se desea refrigerar.
5. Retorno al Compresor: Tras la evaporación, el fluido recupera las condiciones iniciales, por lo que pasa de nuevo al compresor para iniciar un nuevo ciclo.