Equipos climáticos y de refrigeración : equipos basados en el funcionamiento de máquinas de refrigeración, diseñados para mantener automáticamente la temperatura y otros parámetros del aire ( humedad relativa , pureza, velocidad del aire) en espacios cerrados o cámaras con aislamiento térmico. . Aunque los equipos de refrigeración y aire acondicionado difieren en su propósito y temperatura mantenida, tales equipos tienen una similitud estructural y principios comunes de operación.
El equipamiento climático mantiene los parámetros necesarios para una estancia confortable de una persona desde pequeños volúmenes (por ejemplo, el interior de un coche ) hasta grandes áreas industriales, comerciales y residenciales de decenas de miles de metros cuadrados. El equipo de refrigeración mantiene los parámetros necesarios para el almacenamiento a largo plazo de alimentos y otros fines. Los refrigeradores varían en tamaño, desde bolsas térmicas hasta barcos refrigerados y salas especiales . Debido a la diferencia en los volúmenes refrigerados, los equipos climáticos con una capacidad de enfriamiento de menos de 500 watts no se producen en masa, mientras que los equipos de refrigeración pueden tener una capacidad de enfriamiento de menos de 10 watts.
Hay equipos que ocupan una posición intermedia entre la refrigeración y el clima - acondicionadores de aire especiales para bodegas . Mantienen temperaturas de hasta +5 °C y llevan incorporado un sistema de descongelación de la unidad interior, como en los frigoríficos. .
| Principio de operación | Equipo de refrigeración | Equipos climáticos |
|---|---|---|
| compresión | Refrigerador , Refrigerador | Aire acondicionado , Sistema de aire acondicionado, Secador de aire |
| absorción | Frigorífico Einstein , bola helada | enfriador de absorción |
| Termoeléctrico | Bolsa térmica , Enfriador de agua , Refrigerador de coche pequeño |
No aplica |
La base teórica sobre la que se construye el principio de funcionamiento de los frigoríficos es la segunda ley de la termodinámica . El gas refrigerante en los refrigeradores pasa por el llamado ciclo de Rankine inverso , una variación del ciclo de Carnot inverso . En este caso, la principal transferencia de calor no se basa en la compresión o expansión del ciclo de Carnot, sino en las transiciones de fase: evaporación y condensación. Los equipos de refrigeración y aire acondicionado del tipo compresión de baja potencia cuentan con un dispositivo similar:
El compresor aspira el refrigerante en forma de vapor del evaporador, lo comprime (en este caso, la temperatura del refrigerante aumenta) y lo empuja hacia el condensador. Se utilizan aceites refrigerantes especiales para lubricar el compresor. Cabe señalar que el aceite y los refrigerantes R-22, R-12 se disuelven bien entre sí. Los refrigerantes más recientes (R-407C, R-410A, etc.) no disuelven los aceites y utilizan aceites de poliéster para lubricar el compresor . Los aceites de poliéster son extremadamente higroscópicos, reaccionan químicamente con el agua y se descomponen.
En el condensador, el refrigerante calentado como resultado de la compresión se enfría, liberando calor al ambiente externo, y al mismo tiempo se condensa , es decir, se convierte en un líquido que ingresa al dispositivo de estrangulación.
El refrigerante líquido a presión ingresa a través de un dispositivo de estrangulación (válvula de expansión capilar o termostáticamente controlada) al evaporador, donde, debido a una fuerte disminución de la presión, el líquido se evapora . En este caso, el refrigerante quita calor de las paredes internas del evaporador, por lo que se produce el enfriamiento.
Así, en el condensador, bajo la influencia de alta presión, el refrigerante se condensa y pasa a estado líquido, liberando calor, y en el evaporador, bajo la influencia de baja presión, hierve y pasa a estado gaseoso, absorbiendo calor.
Se requiere una válvula de expansión termostática para crear la diferencia de presión necesaria entre el condensador y el evaporador para que se lleve a cabo el ciclo de transferencia de calor. Le permite llenar correctamente (más completamente) el volumen interno del evaporador con refrigerante hervido. El área de flujo de la válvula de expansión cambia a medida que disminuye la carga de calor en el evaporador, con una disminución de la temperatura en la cámara, la cantidad de refrigerante circulante disminuye.
En los refrigeradores y acondicionadores de aire domésticos, se usa con mayor frecuencia un capilar en lugar de una válvula de expansión. No cambia su sección transversal, pero estrangula una cierta cantidad de refrigerante, dependiendo de la presión en la entrada y salida del capilar, su diámetro, longitud y tipo de refrigerante.
La pureza del refrigerante es de gran importancia: el agua y las impurezas pueden obstruir el capilar o dañar el compresor. Se pueden formar impurezas como resultado de la corrosión de las paredes internas de las tuberías del refrigerador y puede entrar humedad cuando se carga el sistema. Por lo tanto, al llenar, se observa cuidadosamente la estanqueidad; antes del llenado, se vacía el circuito.
También suele estar presente un intercambiador de calor para igualar la temperatura en la salida del condensador y la salida del evaporador. Como resultado, un refrigerante ya enfriado ingresa al acelerador, que luego se enfría aún más en el evaporador, mientras que el refrigerante proveniente del evaporador se calienta antes de ingresar al compresor y al condensador. Esto le permite aumentar la capacidad de la unidad de refrigeración, así como evitar que el refrigerante líquido ingrese al compresor.
Dado que la transferencia de calor principal no se basa en el ciclo de Carnot, sino en las transiciones de fase: evaporación y condensación, el gráfico del ciclo en coordenadas P y V ( diagrama de Andrews ) no es informativo.
Por lo tanto, es conveniente representar el ciclo de refrigeración por compresión de vapor en términos de T y S ( temperatura y entropía ). El funcionamiento del frigorífico se basa en el ciclo de Rankine inverso.
El área del rectángulo debajo del segmento 5-6 al eje S ( la integral de la función a lo largo de la línea de temperatura del evaporador 1-2) caracteriza la capacidad de enfriamiento . El área de la figura completa 1-2-3-4-5-6 más la integral a lo largo de la línea 4-5 caracteriza el trabajo realizado por el compresor. [una]
Un refrigerante es una sustancia que transfiere calor de un evaporador a un condensador. Para aumentar la eficiencia , los equipos de climatización y refrigeración están diseñados de tal manera que la temperatura del refrigerante en estado gaseoso difiere ligeramente del punto de ebullición. La diferencia entre la temperatura del gas a la salida del evaporador y el punto de ebullición se denomina sobrecalentamiento . De manera similar, en una zona de alta presión, la diferencia entre la temperatura del líquido que sale del condensador y la temperatura de condensación se denomina subenfriamiento . El valor de sobrecalentamiento y subenfriamiento debe estar generalmente entre 3 y 7 °C. Para cada refrigerante existe una escala que establece una correspondencia uno a uno entre la presión y la temperatura de ebullición y condensación del refrigerante. El punto de ebullición en los sistemas de refrigeración es mucho más bajo (hasta -18 °С) que en los sistemas climáticos (de +2 a +5 °С). El freón de los equipos climáticos debe ser incombustible, ya que si se produce una fuga de refrigerante, podría provocar una explosión volumétrica en la habitación o en el sistema de ventilación. En consecuencia, algunos freones se usan solo en sistemas de refrigeración ( R600 ) o solo en equipos de clima ( R410A ), un gran grupo de freones se usan tanto en equipos de refrigeración como de clima ( R22 ).
El compresor proporciona la diferencia de presión necesaria entre las dos partes del sistema: el condensador (zona de alta presión) y el evaporador (zona de baja presión). Si comparamos equipos de refrigeración y aire acondicionado que usan el mismo tipo de refrigerante, podemos notar parámetros similares de la zona de alta presión, pero a la entrada del compresor, la presión del freón en el equipo de refrigeración será menor que en el equipo climático.
El condensador transfiere calor del refrigerante al medio ambiente. El refrigerante se enfría en el condensador y se condensa en un líquido. Los equipos climáticos pueden transferir calor tanto desde la sala refrigerada durante el enfriamiento como hacia la sala durante la calefacción. Tanto la unidad interna como la externa del sistema split pueden actuar como condensador . La temperatura máxima del condensador está limitada por el punto crítico del refrigerante .
La válvula de expansión proporciona el valor de presión requerido (y, por lo tanto, la temperatura) en el evaporador, estrangulando el suministro de freón líquido, dependiendo de la temperatura a la salida del evaporador. En equipos de baja potencia (hasta 10 kW), se utiliza un tubo capilar.
El evaporador transfiere calor del espacio circundante al refrigerante. Debido a la baja presión, el refrigerante hierve en el evaporador a baja temperatura. En los equipos de refrigeración, la temperatura del evaporador puede ser inferior a 0 °C y se cubre de escarcha , lo que dificulta la transferencia de calor. Esto se compensa con un aumento en el área de intercambio de calor de los congeladores. La eliminación de escarcha (descongelación) se realiza mediante un procedimiento de "descongelación" (apagado) periódico. En los frigoríficos No-Frost se puede utilizar un evaporador “llorón”, cuya temperatura está siempre por encima de los 0°C. En los equipos climáticos, para aumentar la velocidad de enfriamiento de la sala, es necesario hacer pasar la mayor cantidad de aire a través del evaporador. En los sistemas divididos se utiliza para ello un ventilador tangencial .
Sistema de drenaje de agua condensada En los equipos de aire acondicionado y refrigeración, la temperatura del evaporador, aunque puede estar por encima de los 0 °C, suele estar por debajo del punto de rocío , y se forma condensación sobre él . La eliminación de agua del evaporador, según el tipo de equipo, se realiza de diferentes formas. En los refrigeradores con un evaporador que “llora”, el agua ingresa a un recipiente especial de plástico o metal en el compresor a través de un conducto en la parte posterior de la pared y se evapora. En los sistemas divididos, el agua sale a la calle a través de un tubo en ángulo. En los sistemas de aire acondicionado industrial, con la ayuda de un sistema de bombas de drenaje, el agua se descarga centralmente en el alcantarillado.
| Tipo de equipamiento | Potencia mínima | máximo poder | Longitud del tronco |
|---|---|---|---|
| Aires acondicionados domésticos y splits de pared | 5 kBtu (1,5 kW) | 36 kBtu (10 kW) | hasta 15m |
| Sistemas split para oficina y hogar de canal, cassette y otros tipos | 5kW (18 kBtu) | 18 kW (60 kBtu) | hasta 50m |
| Equipos industriales con caudal de refrigerante variable | 14 kilovatios | 100 kilovatios | hasta 1000m |
| Equipos industriales ( sistemas Chiller-fancoil ) | desde 100 kw | no limitado | no limitado |