Principio

En los sistemas frigoríficos el evaporador opera como intercambiador de calor, por cuyo interior fluye el refrigerante el cual cambia su estado de líquido a vapor. Este cambio de estado permite absorber el calor sensible contenido alrededor del evaporador y de esta manera el gas, al abandonar el evaporador lo hace con una energía interna notablemente superior debido al aumento de su entalpía, cumpliéndose así el fenómeno de refrigeración.

El flujo de refrigerante en estado líquido es controlado por un dispositivo o válvula de expansión la cual genera una abrupta caída de presión en la entrada del evaporador. En los sistemas de expansión directa, esta válvula despide una fina mezcla de líquido y vapor a baja presión y temperatura. Debido a las propiedades termodinámicas de los gases refrigerantes, esta caída de presión está asociada a un cambio de estado y, lo que es más importante aún, al descenso en la temperatura del mismo.

De esta manera, el evaporador absorbe el calor sensible del medio a refrigerar transformándolo en calor latente el cual queda incorporado al refrigerante en estado de vapor. Este calor latente será disipado en otro intercambiador de calor del sistema derefrigeración por compresión conocido como condensador dentro del cual se genera el cambio de estado inverso, es decir, de vapor a líquido.

Evaporadores según alimentación de refrigerante

Los evaporadores pueden ser clasificados de acuerdo al método de alimentación del líquido como de expansión seca, inundados, o líquidos sobrealimentados. Con el método de expansión seca la cantidad de líquido refrigerante alimentado al evaporador está limitada a la cantidad que pueda ser completamente vaporizado durante el tiempo de llegada hasta el extremo final del evaporador, de tal manera que solo llegue vapor a la línea de succión. La válvula generalmente empleada con este método para el control del flujo de refrigerante es de expansión termostática o de tubo capilar. Para estar seguro de tener completa vaporización del refrigerante en el evaporador y prevenir así el llevar líquido en la tubería de succión al compresor, se permite un sobrecalentamiento de 10°F al final del evaporador, esto requiere aproximadamente del 10% al 20% de la superficie total del evaporador.

Una parte de cada masa unitaria de refrigerante circulado se vaporiza en la válvula del control del refrigerante a medida que la presión es reducida desde la presión condensante hasta la presión del evaporador. Con el evaporador de alimentación de expansión seca el gas resultante entra al evaporador junto con el líquido resultante, el cual se vaporiza progresivamente a medida que el refrigerante pasa a través del evaporador. De lo anterior, es evidente que el refrigerante en la última parte del evaporador no trabaja tan efectivamente como la parte a la entrada del evaporador en donde se tiene una gran parte del refrigerante en la fase del líquido.

Es por está razón que en un evaporador de expansión seca, la superficie del serpentín siempre es mas bajo en la parte a la entrada del refrigerante y su valor mas alto se tiene cerca de la salida, a pesar del hecho de que la temperatura de saturación del refrigerante es mas baja en la salida debido a la caída de presión que experimenta el refrigerante al fluir a través del evaporador.

En tanto que los evaporadores de expansión seca son algo menos eficiente que el de tipo inundado o de sobrealimentación del líquido, son por lo general mucho más simples en su diseño, su costo inicial es mas bajo, requiere mucho menos carga de refrigerante y tienen menos problemas que los demás en lo que respecta al regreso del aceite. Por estas razones el evaporador de expansión seca es el tipo más popular. Esto en particular es cierto para sistemas que emplean refrigerantes halocarburos, ya que con los evaporadores inundados a veces es difícil el regreso del aceite.

Los evaporadores inundados trabajan con refrigerante líquido con lo cual se llenan por completo a fin de tener humedecida toda la superficie interior del tubo y en consecuencia la mayor razón posible de transferencia de calor. El evaporador inundado está equipado con un acumulador o colector de vapor que sirve como receptor líquido desde el cual el refrigerante líquido es circulado por gravedad a través de los circuitos del evaporador. El nivel del líquido en evaporador se mantiene más bajo o más alto mediante un control de flotador y, el vapor generado por la acción de ebullición del refrigerante en los tubos se separa del líquido en la parte superior del acumulador de donde es sacado directamente a través de la línea de succión con el gas que se forma como consecuencia de la reducción de presión del refrigerante desde la presión en el condensador hasta la presión que se tiene en el evaporador. Se debe observar que el gas instantáneamente formado no circula por la parte de transferencia de calor del evaporador.

Un evaporador sobrealimentado es aquel en el cual la cantidad de refrigerante líquido en circulación a través del evaporador ocurre con considerable exceso y que además puede ser vaporizado. El exceso del líquido es separado del vapor en un receptor de baja presión o acumulador y es recirculado hacia el evaporador, mientras que el vapor es extraído por la succión del compresor. Los rangos de razón de circulación son desde un valor de 2 a 1 hasta valores altos de 6 ó 7 a 1, se usan los rangos altos con amoniaco y los bajos con los refrigerantes 12, 22, y 502. Un rango de circulación de 3 a 1 indica que se tiene en circulación tres tantos de líquido circulando que pueden ser vaporizados, en cuyo caso la composición de refrigerante en el cubo de regreso al acumulador estará compuesta por peso, de dos partes de líquido y una parte de vapor. Con una recirculación adecuada del líquido el humedecimiento de la superficie interior del tubo y el rendimiento en los evaporadores sobrealimentados son similares a los que se tienen con aquellos que trabajan completamente inundados. La razón óptima de recirculación para tener el mejor rendimiento en el evaporador, varía con un gran número de factores y a veces es difícil de predecirlas. A fin de lograr el rendimiento estipulado, es importante que el fabricante de evaporadores haga recomendaciones lo más aproximadas posibles. Como en el caso de evaporadores de expansión seca, el flujo de líquido en los evaporadores sobrealimentados es controlado por algún dispositivo de medición, por lo general una válvula de expansión manual o un orificio diseñado o ajustado para obtener el flujo máximo necesario para cuando se tengan las cargas pico.

Los evaporadores sobrealimentados son mas comúnmente utilizados en sistemas de evaporador múltiple, resultando más económicos. Mientras que para un evaporador simple se tienen pocas dificultades para controlar la razón de recirculación, el balanceo en un sistema de evaporador múltiple es más tedioso, pero se facilita más al aumentarse la razón de recirculación. Por este motivo, las razones de recirculación generalmente son mayores para un sistema de evaporador múltiple que para un evaporador simple. A fin de prevenir una sobrealimentación excesiva en los evaporadores activos, se instala una válvula de desahogo en el lado de descarga de la bomba para regresar líquido al receptor de baja presión cuando no están funcionando uno o más de los evaporadores del sistema.

  • Control en el Evaporador Inundado

Los controles de flujo refrigerante empleados con evaporadores inundados son por lo general tipo flotador. El control de flotador consiste en un miembro boyante (bola hueca de metal, cilindro o cuenco) el cual es responsable del nivel del líquido refrigerante, por lo que también actúa para abrir y cerrar la válvula a fin de admitir una mayor o menor cantidad de refrigerante, de acuerdo a los cambios en el nivel de líquido que se tiene dentro de la cámara del flotador. La cámara del flotador puede quedar localizada ya sea en el lado de baja o alta presión del sistema. Cuando el flotador está localizado en el lado de baja presión del sistema, el control del flotador se le llama control de flotador de baja presión. Cuando el flotador está localizado en el lado de alta presión del sistema se le conoce como control de flotador de alta presión.

La principal ventaja del evaporador inundado estriba en la capacidad y alta eficiencia del evaporador así obtenida. Con funcionamiento inundado el refrigerante predominantemente está líquido en todas partes del evaporador, con lo que se obtiene un alto coeficiente refrigerante en la superficie del tubo en el lado del refrigerante, en comparación con el obtenido en el evaporador tipo expansión seca, donde predominantemente el refrigerante está en estado de vapor, sobre todo en la última parte del evaporador. Por esta razón, los controles del flotador (evaporadores inundados) son muy usados en instalaciones grandes para enfriamiento de líquidos donde se aprovecha la ventaja del alto valor del coeficiente de conductancia en el lado del refrigerante. Por otra parte, este tipo de control raras veces se usa en instalaciones pequeñas, debido a su volumen y a la carga grande necesaria de refrigerante, en estos casos se usa la válvula de expansión termostática o el tubo capilar, el cual es muy simple y económico.

EVAPORADOR DE REFRIGERACION.

Resumen: Un evaporador (16) para disponerlo a lo largo de un flujo de aire para refrigerar el aire, comprendiendo dicho evaporador: un tubo de serpentín continuo (32) que tiene una entrada (36) y una salida (38), incluyendo dicho tubo de serpentín (32) al menos una columna (42, 44, 46) de múltiples recorridos de tubo paralelos (48), estando definido cada recorrido de tubo (48) por al menos una vuelta de codo (40), teniendo dicha columna (42, 44, 46) de recorridos de tubo paralelos (48) una longitud global (98) definida por la distancia entre los recorridos de tubo más externos (48) de dicha columna (42, 44, 46); una fila (84) de aletas internas (34) unidas a al menos uno de dichos recorridos de tubo (48), prolongándose dicha aleta interna (34) entre al menos dos recorridos de tubo (48) definidos por extremos opuestos de una vuelta de codo (40), teniendo cada aleta interna (34) una longitud global menor que la longitud global (98) de dicha columna (42, 44, 46) de recorridos de tubo (48); y caracterizado porque dicha fila (84) de aletas internas (34) incluye un primer conjunto de aletas internas y un segundo conjunto de aletas internas, siendo el espaciado entre las aletas internas de dicho primer conjunto de aletas internas mayor que el espaciado entre las aletas internas de dicho segundo conjunto de aletas internas.