Refrigeración básica: termodinámica de la transferencia de calor

Las personas que no están en el negocio de la refrigeración suelen pensar que los equipos de refrigeración producen aire frío; de hecho, el equipo en realidad elimina el calor del aire y deja lo que queda: el frío. Cuando el sensor determina que se ha alcanzado la temperatura objetivo, el equipo puede hacer una pausa y cuando la temperatura vuelve a subir, el equipo se enciende nuevamente.

Es un concepto bastante simple, pero todos reconocemos que los equipos de refrigeración son mucho más que eso. En este artículo, aprenderá sobre las formas en que fluye el calor y los factores que determinan la velocidad de transferencia de calor. También aprenderá sobre las cuatro leyes que describen cómo los cambios de temperatura y presión afectan el estado del refrigerante en un sistema de tuberías sellado. Como técnico, necesitará saber todo esto mientras soluciona problemas en el equipo.

Hay tres métodos diferentes de transferencia de calor:

Ahora que comprende los diferentes métodos de transferencia de calor, necesita saber qué afecta la velocidad de transferencia de calor:

Los refrigerantes se eligen por propiedades específicas y su comportamiento es fundamental para el proceso de eliminación de calor. Al manipular la temperatura y la presión, es posible establecer una condición que permita que el refrigerante absorba o rechace calor.

En un sistema de refrigeración autónomo o sellado, la tubería de refrigerante está completamente conectada y no expuesta a la presión del aire exterior, y los componentes incluyen el compresor, el condensador y el evaporador (consulte la Figura 1).

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FIGURA 1: Los sistemas de refrigeración contienen componentes que incluyen el compresor, el condensador y el evaporador. (Cortesía de Heatcraft)

En estado líquido, el refrigerante se prepara para transferir calor desde el refrigerador, por ejemplo, a través del sistema hasta el intercambiador de calor exterior. Los líquidos no se pueden comprimir, por lo que el refrigerante ingresa a la entrada del condensador como vapor caliente y se mueve a través de los conductos del serpentín de condensación. Debido a que existe una diferencia de temperatura entre el aire exterior y el vapor caliente, el calor se transferirá y el refrigerante cambiará de estado de gas a líquido cuando salga por la salida del condensador.

El receptor de líquido que se muestra en la Figura 1 simplemente recibe líquido subenfriado y luego fluye hacia la válvula de expansión térmica (TXV) o la válvula de expansión eléctrica (EEV). Cuando sale del TXV o EEV, el refrigerante pasa a un distribuidor, que divide el flujo de refrigerante líquido en todas las aberturas del serpentín del evaporador. Aquí, la presión del refrigerante caerá, lo que reducirá la temperatura. Estos dos factores son directamente proporcionales.

En el serpentín del evaporador, hay una caída significativa de temperatura debido a la caída de presión. El aire más caliente que se sopla a través del serpentín cederá parte del calor absorbido por el refrigerante más frío que se extrae a través de la línea de succión de regreso al compresor. El vapor de refrigerante ingresa al compresor, que descarga refrigerante como gas caliente que luego ingresa a la entrada del serpentín de condensación, donde es rechazado o cede el calor recolectado del evaporador al ambiente exterior. Al hacerlo, cambia de estado de gas caliente a líquido subenfriado. Entonces el ciclo comienza de nuevo.

Existe un conjunto de leyes que gobiernan estos cambios de estado de vapor a líquido. Cuando el refrigerante está dentro de un sistema sellado, varias cosas influirán en si está en estado líquido o gaseoso (vapor), y existen cuatro leyes que describen cómo se comporta el refrigerante:

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FIGURA 2: La ley de Boyle establece que la presión de un gas ideal (un gas sin contaminantes) es inversamente proporcional a su volumen a temperatura constante. (Cortesía de Heatcraft)

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FIGURA 3: La Ley del Gas Perfecto establece que si se calienta el refrigerante, su presión aumentará y si se enfría, su presión disminuirá. (Cortesía de Heatcraft)

Toda esta información puede ayudar a los técnicos a ser más expertos en la resolución de problemas. Saber cómo se supone que funciona el equipo proporciona una base para realizar comparaciones.

Esta es la primera de una serie de tres partes sobre Refrigeración básica. Lea el resto, que también cubre:

Para obtener información sobre la solución de problemas de los sistemas de refrigeración, es posible que los técnicos deseen asistir a una capacitación técnica en persona en las instalaciones de capacitación de Heatcraft en Stone Mountain, Georgia.