Evaporadores en Sistemas de Refrigeración
Los evaporadores son intercambiadores de calor esenciales en sistemas de refrigeración, donde el fluido frigorígeno se evapora, absorbiendo calor del entorno que se desea enfriar. Consisten en un conjunto de tuberías donde el fluido frigorígeno se evapora, extrayendo calor y generando el efecto de enfriamiento deseado.
El evaporador típicamente incluye un recipiente metálico (carcasa) al que llega el fluido frigorígeno desde la válvula de expansión, parcialmente vaporizado. Aquí, la parte licuada entra en ebullición a baja presión, extrayendo calor del entorno, como una cámara frigorífica. Al final de la vaporización, se produce vapor saturado seco, cuya temperatura puede aumentar, recalentándose a expensas del calor extraído o por el rozamiento del vapor en el evaporador.
Existen diversos tipos de evaporadores, adaptados a las variadas aplicaciones de la refrigeración industrial y a diferentes condiciones de trabajo, como temperaturas y niveles de humedad.
Clasificación de los Evaporadores según su Funcionamiento
Evaporadores de Expansión Seca
En los evaporadores de expansión seca, el fluido frigorígeno se alimenta mediante un dispositivo de expansión que asegura su evaporación total. El líquido se evapora completamente a lo largo del evaporador, saliendo generalmente con un ligero sobrecalentamiento. La válvula de laminación controla el flujo del fluido, asegurando que todo el líquido se evapore, saliendo como vapor saturado seco o recalentado.
La cantidad de fluido frigorígeno líquido varía con la carga térmica; a menor carga, menor cantidad de líquido en el evaporador, y viceversa.
Evaporadores Inundados
En los evaporadores inundados, el interior está siempre lleno de fluido frigorígeno líquido, regulado por una válvula de flotador que mantiene constante el nivel. Esta variante ofrece una expansión más rápida y uniforme mediante tubos conectados a colectores de distribución.
Estos evaporadores constan de tubos conectados a otros de mayor diámetro, por donde entra el líquido frigorígeno, y a otro tubo por donde se aspira el vapor vaporizado hacia el compresor. Para una distribución uniforme, deben instalarse nivelados y suelen incluir aletas de refrigeración.
Las ventajas de los evaporadores inundados son:
- Alto ritmo de transmisión de calor.
- Menor caudal de fluido frigorígeno.
- Aspiración de vapor saturado por el compresor.
Las desventajas incluyen:
- Alta carga de fluido frigorígeno.
- Dificultades en el retorno de aceite al compresor.
- Elemento de alimentación voluminoso.
Clasificación de los Evaporadores según su Construcción
Evaporadores de Tubo Liso
Los evaporadores de tubo liso consisten en un tubo con forma práctica (zigzag, oblonga, etc.), colocados en techos o paredes. Son ideales para aplicaciones que requieren limpieza, fácil desescarche y enfriamiento de líquidos por debajo de 1ºC, ya que la escarcha no afecta su capacidad. Se fabrican con acero o cobre.
Evaporadores de Placas
Existen dos tipos de evaporadores de placas:
- De tubos circulares entre placas: Formados por una tubería plana en zigzag entre dos chapas metálicas soldadas. Si el espacio se llena con una solución eutéctica, ofrece capacidad de reserva. Se usa en frigoríficos domésticos y armarios conservadores.
Evaporadores de Sistema Seco de Tubos y Aletas
Los evaporadores de sistema seco de tubos y aletas se utilizan en el enfriamiento de armarios, cámaras y muebles. Los tubos de cobre, con forma de horquilla o zigzag, tienen aletas de aluminio que mejoran la conductividad térmica. La separación de las aletas facilita la circulación del aire y evita la formación de escarcha.
Son sensibles a la acumulación de suciedad, lo que reduce la transmisión de calor.
Clasificación de los Evaporadores según la Fase de la Materia a Enfriar
Evaporadores para Enfriamiento de Sólidos
Para el enfriamiento de sólidos, se utilizan evaporadores de placas que toman el calor por conducción. Su forma se adapta a la superficie del objeto a enfriar, maximizando el contacto y el intercambio térmico.
Evaporadores para Enfriamiento de Gases
La aplicación principal es el enfriamiento del aire en cámaras frigoríficas y climatización.
- Evaporadores de convección natural: Utilizados en refrigeradores domésticos y vitrinas, donde se desean bajas velocidades del aire y mínima deshidratación. La circulación del aire depende de la forma y ubicación del evaporador.
- Evaporadores de convección forzada: Formados por tubos aleteados dentro de una cámara con ventiladores. La escarcha reduce su capacidad, por lo que requieren desescarche automático si el aire se enfría por debajo de 1ºC.
Evaporadores para Enfriamiento de Líquidos
Existen varios tipos:
- Evaporador de doble tubo: Dos tubos concéntricos con el fluido frigorígeno circulando entre ellos y el líquido a enfriar en el interior. Permite alta transferencia de calor y se usa en industrias vinícolas y cerveceras.
- Enfriador Baudelot: Tubos horizontales por donde circula el fluido frigorígeno y el líquido a enfriar fluye por gravedad. Ideal para aireación del líquido y temperaturas cercanas a la congelación.
- Enfriador de tanque: Serpentín de tubo desnudo dentro de un tanque con el líquido a enfriar.
- Enfriador de carcasa y serpentín: Serpentines en una carcasa de acero. Puede funcionar con expansión seca o inundado.
- Evaporador de tipo atomizador: Similar al de carcasa y tubos, pero con boquillas que atomizan refrigerante sobre los tubos. Ofrece alta eficacia y baja carga de fluido frigorígeno.