Optimización de Sistemas de Refrigeración: Recalentamiento, Subenfriamiento y COP

Conceptos Fundamentales en Sistemas de Refrigeración

1. Recalentamiento

La misión del recalentamiento es asegurar que al compresor no le llegue refrigerante en estado líquido, sino que sea todo vapor. Un mayor recalentamiento implica un aumento en el tamaño del compresor, la temperatura, el volumen de gas y el trabajo.

• Recalentamiento útil: Se produce en el evaporador.
• Recalentamiento no útil: Si se produce fuera del evaporador, en las tuberías de la línea de aspiración.

2. Subenfriamiento

La misión del subenfriamiento es mejorar el rendimiento del sistema, ya que el evaporador absorbe una mayor cantidad de calor. Esto conlleva a:

• Aumento de la producción frigorífica.
• Aumento del COP (Coeficiente de Rendimiento).
• Disminución del tamaño del compresor.

El subenfriamiento se produce en el separador de líquido, en la tubería de unión del condensador y del dispositivo de expansión, y en un subenfriador específico.

3. Relación de Compresión

La relación de compresión es la relación entre la presión de condensación y la presión de evaporación. Para su cálculo, se utilizan las presiones absolutas. Cuanto mayor sea la relación de compresión, menor será la cantidad de refrigerante en circulación y la capacidad del sistema.

4. Componentes Principales del Ciclo de Refrigeración

• Compresor

  Comprime el refrigerante, aumentando su presión y temperatura al reducir su volumen.

• Condensador

  Una vez que el compresor ha comprimido el refrigerante, el condensador se encarga de que este se condense y pase a estado líquido.

• Válvula de Expansión

  Se encarga de pulverizar el refrigerante, produciendo una bajada de temperatura. El refrigerante pasa al evaporador en forma de líquido-vapor.

• Evaporador

  Absorbe el calor a través del refrigerante, que pasa a estado vapor y lo transporta de nuevo al compresor.

5. Efecto de la Temperatura de Evaporación

El efecto refrigerante es mayor para el ciclo que tiene la temperatura de evaporación más alta. Al ser mayor el efecto refrigerante, se precisa menos cantidad de fluido refrigerante. La diferencia entre la presión de evaporación y condensación es menor para el ciclo que tiene mayor temperatura de evaporación, por lo que el trabajo de compresión es menor. En consecuencia, la potencia requerida por el compresor también será menor.

6. Efecto de la Temperatura de Condensación

Si la temperatura de condensación aumenta, la eficiencia del ciclo disminuye. Esto implica que se necesitará más refrigerante, lo que a su vez aumenta el volumen del compresor y la potencia requerida por este será mayor.

7. Conclusión y Fórmulas Clave

Es fundamental trabajar con la relación de compresión lo más baja posible. De esta manera, se mejora el rendimiento del compresor, se ahorra energía y se optimiza el COP (Coeficiente de Rendimiento) de la instalación.

Fórmulas Básicas:

• Trabajo (W): h_salida - h_entrada
• Calor en el Evaporador (Q_evp): h1 - h4
• Calor en el Condensador (Q_cnd): h3 - h2
• Calor Absorbido (Q_abs): h1 - h4
• Trabajo del Compresor (W_comp): h2 - h1
• Coeficiente de Rendimiento (COP): P_frigorífica / P_compresor