Fundamentos Termodinámicos y Estructura de Sistemas de Refrigeración Industrial

Componentes de una Instalación Frigorífica

Compresor

Aspira **vapores** provenientes del evaporador y los descarga a mayor presión y temperatura a la entrada del condensador. En la práctica, el compresor cede calor al ambiente, perdiendo rendimiento.

Condensador

Es un **intercambiador de calor**. En el condensador, el fluido refrigerante cede calor al medio ambiente exterior. Pueden funcionar con agua o aire.

Tipos de Condensadores

• De aire: El aire circula de forma natural o forzada por un ventilador.
• De agua: Hay varios tipos, como tubos concéntricos a contracorriente, de inmersión, etc.

Evaporador

Esencialmente idéntico al condensador. Se diferencia en los focos en que se efectúa el intercambio de calor. En este componente, el ambiente cede calor al fluido. Permite que el fluido refrigerante **absorba calor a una presión constante**. A la entrada del condensador tenemos vapor a una presión, y a la salida líquido saturado a la misma presión.

Elementos de Expansión

Reducen la **presión del líquido** a la salida del condensador. Se suele usar una **válvula estranguladora**.

Ciclo de Refrigeración de Gas (Ciclo Brayton Inverso)

El aire es el elemento refrigerante. Este ciclo tiene grandes ventajas en **aviación**.

Fases del Ciclo de Gas

1. De 1 a 2: El gas se expande adiabáticamente en una turbina, produciendo un **trabajo aprovechable**.
2. De 2 a 3: El gas pasa por un intercambiador de calor, aumentando su temperatura, y se refrigera el espacio a enfriar.
3. De 3 a 4: El gas se comprime adiabáticamente en un compresor.
4. De 4 a 1: El gas pasa por un enfriador a **presión constante**.

Ciclo de Refrigeración por Compresión de Vapor

El ciclo opera entre dos focos (frío y caliente).

Fases del Ciclo de Vapor

1. De 1 a 2 (Compresión): Compresión adiabática del vapor desde la presión del evaporador hasta la presión en el condensador. Este proceso **consume trabajo**.
2. De 2 a 3 (Condensación): Cesión de calor desde el refrigerante hacia el foco caliente. El **vapor saturado** entra en el condensador.
3. De 3 a 4 (Expansión): La válvula de expansión. El líquido saturado llega a ella con la presión del condensador y sale en forma de una mezcla de líquido y vapor. En este proceso **no se produce trabajo**.
4. De 4 a 1 (Evaporación): Absorción de calor por el refrigerante en el evaporador, lo que va aumentando la cantidad de vapor. Se absorbe el calor preciso para el **cambio de estado** de los productos contenidos en el frigorífico.

Bomba de Calor

La bomba de calor funciona igual que una **máquina frigorífica**. La diferencia principal es la **intercambiabilidad de los focos** frío y caliente.

En invierno, el foco frío es el exterior y el caliente es el interior. Para lograr esto, se deben intercambiar los papeles del condensador y el evaporador, para lo que se emplea la **válvula de cuatro vías**.

En la actualidad, se usa como calefacción en invierno y como sistema de refrigeración en verano (sistemas HVAC).