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II.- COMPRESORES, CONDENSADORES Y EVAPORADORES
pfernandezdiez.es II.1.- INTRODUCCIÓN Los compresores son los dispositivos encargados de hacer pasar el fluido frigorígeno desde la pre- sión de evaporación, correspondiente a las condiciones del foco frío, a la presión de condensación del foco caliente, por lo que hay que hacer un aporte exterior de trabajo. El motor y el cilindro de trabajo forman una unidad compacta totalmente hermética denominada compresor. En el interior se encuentra el aceite necesario para su lubricación que se puede mezclar con el fluido frigorígeno (principalmente en los arranques) durante el recorrido por el circuito fri-gorí- fico, volviendo nuevamente a depositarse, la mayor parte, en el compresor. El tipo de compresor depende del tipo de fluido frigorígeno utilizado. En las máquinas de desplazamiento positivo se aplica una fuerza exterior para obligar a un cierto volumen de gas o vapor a desplazarse desde el recinto a baja presión hasta el recinto a alta presión. En las máquinas centrífugas el movimiento de un rotor en el seno del gas o vapor comunica a éste un incremento de energía cinética, que posteriormente se traduce en un incremento de presión al pa- sar el fluido por un conducto de sección variable que actúa como difusor. Las máquinas de desplazamiento positivo a su vez se clasifican en alternativas y rotativas o volu- métricas. En las primeras, es el desplazamiento alternativo de un émbolo el que obliga al gas a des- plazarse, mientras que en las otras, el gas es empujado por un desplazador que gira alrededor de un eje. Las máquinas centrífugas se pueden clasificar en dos tipos: de flujo axial, y de flujo radial. En las primeras, la circulación del fluido a través del rotor es paralela al eje del mismo, en tanto que en las segundas, la circulación se produce en la dirección radial. Los compresores que se utilizan normalmente en las instalaciones industriales de refrigeración son los de pistón, de movimiento alternativo. Este tipo de compresor puede ser, abierto, hermético o semihermético. Para grandes instalaciones se usan compresores centrífugos.
II.2.- COMPRESORES ALTERNATIVOS
En las Fig II.4 se representan esquemáticamente algunos tipos de compresores alternativos mono- cilíndricos, de simple efecto, compresores abiertos de émbolo de dos y cuatro cilindros en línea, en es- trella o en V, etc; la tendencia actual va en el sentido de aumentar el número de revoluciones, y el nú- mero de cilindros, disminuyendo al tiempo las vibraciones y los ruidos. El cuerpo del compresor es, generalmente, de fundición y viene dividido en dos partes, que son el bloque del cilindro y el cárter. Las paredes de los cilindros van rectificadas y pulidas a espejo con rigurosas tolerancias, o bien van dotadas de camisas cuidadosamente mecanizadas. La parte exterior del cuerpo del compresor está dotada de aletas, para facilitar el enfriamiento del bloque de los cilindros. En el cuerpo del compresor están dispuestos los cojinetes de rozamiento del cigüeñal o excéntrica; las superficies de rozamiento de los cojinetes suelen ir acanaladas para facilitar la lubricación. Los compresores con cigüeñal en el lado del volante llevan una tapa lateral atornillada, donde va alojado el prensaestopas que permite la colocación del cigüeñal; esta tapa no es necesaria en los com- presores de excéntrica, detalle éste que permite distinguir a simple vista el tipo de compresor. Cuando el peso es un factor a tener en cuenta, se acude a cuerpos de aluminio, como sucede en los vehículos de transporte de productos congelados o refrigerados. Las válvulas de admisión y de escape son diferentes; en el caso de la válvula de admisión, ésta abre cuando la diferencia entre la presión en la línea de aspiración y la presión en el interior del cilin- dro equilibra la tensión de un resorte, en tanto que la de escape abre cuando la diferencia de presio- nes entre el interior del cilindro y la línea de impulsión equilibra la tensión del resorte correspon- diente. El desplazamiento máximo del pistón, igual al doble de la longitud de la manivela, es la carrera, que debe ser algo inferior a la longitud del cilindro, para evitar entre otras cosas que, debido a dilata- ciones de origen térmico, el pistón pueda golpear contra el plato de válvulas durante la carrera ascen- dente. Fig II.1.- Esquema de compresor alternativo monocilíndrico
Fig II.5.- Esquemas de compresor alternativo compacto de simple, doble y triple efecto Fig II.6.- Tiempos de un compresor alternativo La posición más elevada del émbolo recibe el nombre de punto muerto superior PMS y la más baja el de punto muerto inferior PMI. Cuando el pistón se encuentra en su PMS, existe una pequeña fracción del volumen del cilindro que permanece llena de gas, y recibe el nombre de espacio muerto o espacio nocivo. La posición 1 corresponde al momento en que el pistón alcanza su PMS, Fig II.7. Cuando el pis-tón comienza su carrera descendente, el espacio perjudicial se encuentra lleno de gas a una presión lige- ramente superior a la de impulsión y a medida que el émbolo desciende, este gas se expansiona, según un proceso adiabático, hasta alcanzar la posición 2 , momento en que la presión en el interior del cilin- dro se hace ligeramente inferior a la de aspiración y la válvula de admisión abre. Fig II.7.- Diagrama ideal de un compresor de émbolo de simple efecto En el momento en que comienza esta carrera descendente 1 , al disminuir la presión en el interior del cilindro, la tensión del resorte correspondiente cierra la válvula de escape, por lo cual, durante la carrera de expansión ambas válvulas están cerradas. Cuando el pistón alcanza el punto 2, se abre la válvula de admisión, continúa su carrera descendente, con lo cual se aspira vapor, según un proceso
esencialmente isobárico, hasta que se alcanza el PMI, posición 3. Cuando el pistón inicia su carrera ascendente, se cierra la válvula de admisión, debido a un ligero incremento de la presión en el interior del cilindro sobre el valor de la presión de aspiración. A partir de este momento, con las dos válvulas cerradas, se inicia la compresión del gas 3 según un proceso esencialmente adiabático, hasta alcanzarse la posición 4. En este momento, la presión en el interior del cilindro es ligeramente superior al valor de la presión en la impulsión y al vencer el resorte corres- pondiente se abre la válvula de escape. Al continuar la carrera ascendente del pistón, el gas conte- nido en el interior del cilindro es barrido hacia el exterior, según un proceso esencialmente isobárico, hasta que aquel alcanza de nuevo el PMS, momento en que se vuelve a iniciar la secuencia descrita. Selección.- Para seleccionar un compresor alternativo es necesario especificar una serie de carac- terísticas del mismo, como son:
_- La relación de compresión
- El caudal volumétrico
- La potencia absorbida_ ⎧ ⎨ ⎪ ⎩⎪ Durante el proceso de compresión se eleva la temperatura del gas contenido en el cilindro, por lo que sería lógico esperar que la posible humedad contenida en los vapores de aspiración se vaporizara y al alcanzar el pistón su PMS el vapor estuviese totalmente seco. Sin embargo, debido a la inercia de los procesos de transmisión de calor y a la rapidez del proceso de compresión, puede ocurrir que esta vaporización no se efectúe totalmente. Cuando el título del vapor aspirado es suficientemente bajo, ocurre que el volumen de líquido presente al final de la carrera de compresión es superior al volumen del espacio muerto y debido al carácter prácticamente incompresible del líquido se producen elevados esfuerzos sobre el plato de válvulas que son causa de su deterioro, fenómeno que se conoce con el nom- bre de golpe de líquido en el compresor. La presencia de líquido al final de la compresión resulta indeseable, aunque no sea en cantidad su- ficiente como para deteriorar el compresor, pues al iniciarse la carrera descendente del pistón e ini- ciarse la expansión, las gotas de líquido tienden a vaporizarse aumentando el retardo en el tiempo de apertura de la válvula de admisión y disminuyendo el rendimiento volumétrico del compresor. II.3.- COMPRESORES ROTATIVOS Los compresores rotativos son particularmente adecuados para las aplicaciones en las que se re- quiere un desplazamiento volumétrico elevado a presiones de operación moderadas. Están constitui- dos por uno o varios elementos dotados de movimiento rotativo que conforman el rotor, y situados en el interior de un cilindro, estator. e Cámara de trabajo Rotor Admisión Escape Cámara de trabajo Rotor Admisión Escape Fig II.8.- Compresores rotativos monocelular, bicelular y multicelular
Fig II.12.- Compresor rotativo de pala deslizante sobre el estator Fig II.13.- Compresor rotativo de émbolos axiales Fig II.14.- Compresor rotativo de émbolos inclinados, con disco cónico Fig II.15.- Compresor rotativo de émbolos, con bloque de émbolos inclinado y regulable
Fig II.16.- Compresor Scroll Entre el estator y el rotor existe una cámara en la que el fluido aspirado se comprime, de forma que el movimiento del rotor confina al fluido en dicha cámara eliminando la comunicación con la línea de aspiración; posteriormente el desplazamiento del rotor pone en comunicación la cámara con la lí- nea de impulsión y al existir en ésta una presión mayor, se produce la entrada de fluido procedente de la impulsión en la cámara que comprime el vapor, produciéndose una compresión por reflujo; final- mente, el movimiento del rotor expulsa todo el fluido de la cámara, obligándolo a pasar a la línea de impulsión. Existen muchos tipos de compresores rotativos, entre los cuales se puede hacer mención a los com- presores de paletas, de émbolos radiales, de émbolos axiales, Scroll, etc. La diferencia fundamental entre compresores rotativos y alternativos consiste, en lo que a las cua- lidades de operación se refiere:
_- Al hecho de que la ausencia de desplazamientos alternativos reduce la presencia de vibraciones
- A que el gasto másico de gas, es mucho menos pulsante_ La presencia de líquido al final de la compresión presenta una menor importancia II.4.- TURBOCOMPRESORES Un turbocompresor TC está constituido esencialmente por un rotor que gira en el interior de una carcasa; el rotor está formado por un conjunto de álabes o paletas y el vapor es obligado a circular por el espacio libre entre cada dos álabes. El movimiento impuesto al rotor aumenta la velocidad absoluta del vapor y posteriormente se transforma la energía cinética de la corriente en energía de presión mediante un difusor. Existen dos tipos de TC: los de flujo axial Fig II.17 y los centrífugos ó de flujo radial Fig II.18. En los compresores de flujo axial, el fluido circula en dirección paralela al eje del rotor, en tanto que en los de flujo radial el movimiento del fluido respecto al álabe es normal al eje del rotor; la rela- ción de compresión depende del número de etapas de compresión (rotor y estator que conforman un escalonamiento de presión), de la forma de los álabes, sobre todo del ángulo de salida β 2 y de la veloci-
absorberá el calor latente del fluido frigorígeno, provocando su condensación, el cual, una vez licuado y en muchos casos, refrigerado en contracorriente con vapor del evaporador, pasa a la válvula de es- trangulamiento, que lo lamina y expansiona, para volver de nuevo al evaporador, e iniciar un nuevo ciclo. La disminución de presión, tiene como resultado la evaporación parcial del líquido frigorígeno, en- trando en el evaporador parcialmente licuado. En el condensador se cede a un fluido refrigerante exterior, tanto el calor absorbido por el refrige- rante en el evaporador, como el equivalente térmico del trabajo de compresión, pasando el fluido fri- gorígeno del estado de vapor sobrecalentado al de líquido subenfriado. En la inmensa mayoría de los casos el medio refrigerante es el aire, o el agua o una mezcla de am- bos, clasificándose en:
_- Enfriados por aire
- Enfriados por agua
- Evaporativos_ ⎧ ⎨ ⎪ ⎩⎪ II.6.- CONDENSADORES ENFRIADOS POR AIRE Cuando el medio condensante es el aire la circulación de éste a través del condensador puede tener lugar por: ⎧ ⎨ ⎩ - Convección natural - Convección forzada Condensadores refrigerados por aire en convección natural.- En los condensadores refrigerados por aire en convec- ción natural , el movimiento del aire se origina por la varia- ción de densidad al ponerse en contacto con la superficie caliente de los tubos del condensador, por cuyo interior cir- cula el fluido frigorígeno a gran temperatura; el caudal de aire es bajo y se requiere una gran superficie de intercam- bio. Este sistema está en desuso en instalaciones industria- les, debido a su limitada capacidad, por lo que se utilizan solamente en aplicaciones de tamaño reducido, normal- mente de superficie plana o de tubería con aletas, como en los frigoríficos domésticos. Condensadores refrigerados por aire en convección forzada.- En ellos, el aire circula accio- nado por uno o varios ventiladores que lo impulsan sobre la superficie del condensador, Fig II.19. Este tipo de refrigeración del condensador es apropiado para aquellos casos en que no se dispone de agua suficiente, o de calidad, para la refrigeración, garantizándose un buen aprovechamiento de la superfi- cie intercambiado-ra; deben permanecer limpios por cuanto el pol-vo depositado puede actuar de ais- lante térmico, impidiendo o dificultando que el aire refrigeran-te entre en contacto con los tubos a re- frigerar, reduciendo la eficiencia de la instalación. Los condensadores de gran capacidad se montan distantes del compresor en lugares adecuados para una buena admisión de aire del exterior. Los condensadores de aire de convección forzada por un ventilador se dividen en dos grupos según su localización: Fig II. Condensador enfriado por aire en convección forzada
a) Montados en un chasis sobre el que va tam- bién el compresor conformando la unidad con- densadora) b) Remotos El tipo de instalación sobre chasis común al compresor se utiliza principalmente en aplica- ciones de poca capacidad. Los condensadores enfriados por aire remotos pueden ir instalados en el exterior o dentro de un edificio, Fig II.20. En este último caso podría ser necesario cons- truir un conducto que lleve el aire exterior has- ta el condensador y otro que conduzca hasta el exterior del edificio el aire una vez calentado en el condensador. Debido a la pérdida de carga del aire en los conductos, el condensador va dotado en este caso de un ventilador centrífugo. II.7.- CONDENSADORES ENFRIADOS POR AGUA Constan de uno o varios serpentines por los que circula el vapor de fluido frigorígeno, y que están sumergidos en agua, por lo que el intercambio térmico se realiza entre el fluido frigorígeno y el medio condensante, el agua, a través de la superficie de los tubos. Se recomiendan para instalaciones en locales de temperatura ambiental superior a los 3 0°C, y en aquellos lugares en los que existan grandes cantidades de polvo en los que no se puedan instalar con- densadores refrigerados por aire. La carcasa de este tipo de condensadores se hace de chapa de acero, mientras que el serpentín es de cobre; como elementos auxiliares lleva una válvula de nivel, racores de entrada y salida de agua, tapón fusible y una válvula de seguridad. Es frecuente que en la superficie de los tubos, en el lado del agua, se forme un depósito de sarro causado principalmente por sólidos minerales que se precipitan del agua. Dicha capa no sólo reduce la transmisión sino que además restringe el área de paso en el lado del agua reduciendo la cantidad de ésta que circula. La formación de sarro se ve afectada por la calidad del agua y su posible tratamien- to, la temperatura de condensación y la frecuencia de limpieza de los tubos. El agua utilizada como medio condensante puede utilizarse una sola vez (agua perdida) o recircularse, previo enfriamiento, en una torre de refrigeración. Los condensadores enfriados por agua se clasifican en tres tipos básicos: a) De doble tubo b) De carcasa y serpentín c) De carcasa y tubo ⎧ ⎨ ⎪ ⎩⎪ a) Condensador enfriado por agua de doble tubo.- Consiste en dos tubos concéntricos dis- puestos de tal forma que por el de menor diámetro circula el agua de refrigeración, Fig II.21, mientras que por el espacio anular intermedio circula el vapor del fluido frigorígeno a condensar; se trata de un intercambiador de un solo tubo y carcasa, que actualmente está en desuso. Con esta disposición se obtiene además del enfriamiento debido al agua un cierto enfriamiento del refrigerante a través del tubo exterior. La limpieza de este tipo de condensadores se suele hacer por Fig II.20.- Instalación interior, con condensador refrigerado por aire
interior circula el fluido frigorígeno, sobre los que se hace discurrir el agua que es impulsada por la bomba de recirculación desde el tanque a las boquillas, donde se pulveriza sobre los tubos del serpentín, evaporándo- se en contacto con el aire en circulación y cayendo la no evaporada al tanque. El fluido frigorígeno cede calor para la evaporación del agua y en menor medida para el calentamiento del aire que circula por el condensador. Durante la condensa- ción del vapor en los tubos se suministra el calor des- prendido en la condensación a los mismos, y desde ellos pasa al agua que cae en forma de lluvia. El agua no se calienta, ya que una pequeña parte de la misma se está evaporando continuamente; el calor requerido para esta evaporación se toma del propio agua, que así se mantiene fría. El vapor de agua producido se elimina arrastrado por el aire que sopla sobre el condensador. El agua se recoge en una bandeja, desde la que se vuelve a hacer circular por medio de una bomba; para facilitar la limpieza del sarro el serpentín del refrigerante es, por lo común, de tubo desnudo. De tiro inducido (^) De tiro forzado Fig II.24.- Torres de enfriamiento Condensadores en evaporación forzada.- En los condensadores en evaporación forzada, de igual principio que los anteriores, se hace una circulación forzada de aire mediante ventiladores, que permiten una mejor evacuación del calor. II.9.- EVAPORADORES Los evaporadores son unos intercambiadores de calor en los que tiene lugar la evaporación del fluido frigorígeno sustrayendo calor del espacio que queremos que se enfríe. Están constituidos por un haz de tuberías en las que se evapora el fluido frigorígeno extrayendo calor de los alrededores, que es en esencia el fenómeno de producción de frío, o potencia frigorífica, que se desea conseguir. El evaporador consiste en un recipiente metálico, (carcasa), al que llega el fluido frigorígeno proce- dente de la válvula de estrangulamiento, parcialmente vaporizado, produciéndose en el mismo la ebu- llición de la parte licuada, a baja presión, lo que origina la extracción de calor del medio que le rodea, es decir, de la cámara frigorífica. Al final del proceso de vaporización de las últimas gotas de líquido, se produce vapor saturado seco. Fig II.23.- Condensador evaporativo
La temperatura de este vapor puede aumentar, produciéndose un recalentamiento a expensas del calor extraído al medio exterior, e incluso del propio rozamiento del vapor a su paso por el evaporador. Los evaporadores pueden ser de tipos variados, ya que la técnica del frío industrial abarca una muy amplia gama de aplicaciones, al tiempo que deben acomodarse a diferentes condiciones de traba- jo que dependen, sobre todo de las temperaturas y del grado de humedad, (título), del vapor a la en- trada del evaporador. En función de los diferentes requisitos de las distintas aplicaciones, los evapo- radores se fabrican con una amplia variedad de criterios, tipos, formas, tamaños y materiales, pudién- dose clasificar en la siguiente forma, según:
_- El tipo de funcionamiento
- El tipo de construcción
- La fase a enfriar_ ⎧ ⎨ ⎪ ⎩⎪ Clasificación de los evaporadores según el funcionamiento: a) Evaporadores de expansión seca b) Evaporadores inundados ⎧ ⎨ ⎩ a) Evaporadores de expansión seca.- En los evaporadores de expansión seca, la alimentación del fluido frigorígeno se realiza mediante un dispositivo de expansión de forma que el líquido se eva- pora totalmente a lo largo del evaporador del cual sale, generalmente, con un ligero sobrecalenta- miento; el líquido frigorígeno está en la proporción estrictamente necesaria, para formar un vapor sa- turado seco, que va a proporcionar un buen funcionamiento en el compresor. En los evaporadores de expansión seca, la válvula de laminación controla el ritmo de admisión del fluido frigorígeno en el evaporador de tal forma que todo el líquido se evapora a lo largo de la longitud del evaporador, del cual puede salir en forma de vapor saturado seco, o como ocurre generalmente, en forma de vapor recalentado, Fig II.25. Fig II.25.- Evaporador de expansión seca En el evaporador de expansión seca la cantidad de fluido frigorígeno líquido varía con la carga tér- mica; cuando la carga es pequeña, la cantidad de líquido en el evaporador será pequeña; al aumentar la carga, el líquido en el evaporador aumentará para ser capaz de absorber con su evaporación la ma- yor carga térmica. En el evaporador de expansión seca la eficiencia de transmisión de calor es máxi- ma cuando la carga sea mayor al corresponder esta situación a una mayor superficie interna mojada por el fluido frigorígeno líquido. La ventaja fundamental de los evaporadores de expansión seca es la mayor facilidad de arrastre del aceite que llega hasta él. Sin embargo necesitan mayores superficies de intercambio y la pérdida de carga al circular por ellos mayor cantidad de fluido frigorígeno es más importante que en los inun- dados. Con este tipo de evaporadores, en el caso de utilizar refrigerantes no miscibles con el aceite, ó no miscibles en las condiciones del evaporador, deben utilizarse separadores y otros accesorios que aseguren el retorno de aceite al compresor. b) Evaporadores inundados.- En los evaporadores inundado s , su interior se encuentra siempre
de líquido, la cantidad de fluido frigorígeno necesaria en el circuito aumenta. Debido a la constitución del evaporador inundado el aceite de lubricación que a él llega tendrá gran dificultad en salir debido a la baja velocidad del fluido frigorígeno aún en el caso de tratarse de refrigerantes miscibles con el aceite. Cuando ésto sucede, el aceite forma una película dentro del evaporador que reduce la capaci- dad de transmisión del calor y puede dar lugar a una disminución de la cantidad de aceite en el cárter del compresor por debajo de la necesaria para su correcta lubricación. Para evitar dichos problemas se suele instalar un separador de aceite en la línea de descarga entre el compresor y el condensador. CLASIFICACIÓN DE LOS EVAPORADORES SEGÚN SU CONSTRUCCIÓN: a) De tubo liso b) De placa c) De aletas ⎧ ⎨ ⎪ ⎩⎪ a) Evaporadores de tubo liso.- Los evaporadores de tubo liso están constituidos por un tubo, al que se da la forma que resulte más práctica, (zigzag abierto o cerrado, forma oblonga, etc.), y van colo- cados indistintamente tanto en el techo como en las paredes, Fig II.27; se utilizan en aquellas aplica- ciones donde sea fundamental la limpieza, el fácil desescarche y el enfriamiento de líquidos por debajo de 1ºC ya que en estos casos no queda afectada la capacidad del evaporador por la formación de escar- cha sobre su superficie. Los materiales más empleados para la fabricación de los evaporadores de tubo liso o desnudo son el acero y el cobre; el tubo de acero se utiliza en el caso de evaporadores grandes por motivos económi- cos y para evaporadores que se utilizan con amoniaco como fluido frigorígeno. Los de tubería de cobre se utilizan en evaporadores pequeños y nunca con amoníaco por atacar este fluido frigorígeno al cobre en presencia de humedad. Fig II.27.- Evaporadores de tubo desnudo b) Evaporadores de placas.- Son de dos tipos:
_- De chapas estampadas
- De tubo entre chapas_ ⎧ ⎨ ⎩ El evaporador de tubos circulares entre pla- cas estampadas, está formado por una tubería plana, normalmente en zigzag, embutida entre dos chapas metálicas soldadas entre sí en los ex- tremos. Si el espacio entre la tubería y las chapas se llena de una solución eutéctica permite una ca- pacidad de reserva. Este tipo de evaporador, con solución eutéctica, se utiliza en aplicaciones de carga momentáneamente grandes, puesto que la Fig II.28- Evaporador de tubos circulares entre placas
reserva de capacidad almacenada en la solución permite la utilización de un equipo de menor capaci- dad con un ahorro de inversión y de costo operativo. Los evaporadores de placa de chapas son una variante del tipo de placa de tubo, y consisten en dos placas metálicas acanaladas, unidas mediante soldadura, a las que se da la forma más convenien- te para que por las mismas circule el fluido frigorígeno, conformando así una estructura interior de tubos en los que se produce la vaporización del líquido frigorígeno. Este sistema es muy utilizado en frigoríficos domésticos, conformando el congelador; también se usa el formado por placas de mayor tamaño en armarios conservadores o en expositores industriales, formando el propio armario de almacenamiento. Fig II.29.- Tubos aplanados con aletas de placa c) Evaporadores de sistema seco de tubos y aletas.- Los evaporadores de sistema seco de tu- bos y aletas, son sistemas generalmente utilizados en el enfriamiento de armarios, cámaras y mue- bles. Los tubos son de cobre y se les da forma de horquilla o zigzag, acoplándoles unas aletas, ge-ne- ralmente de aluminio, de formas y tamaños muy variados, que proporcionen una buena conductividad térmica entre ellos y que dependerán de las condiciones en que vayan a trabajar; las aletas deberán tener una separación adecuada que facilite la circulación del aire entre las mismas e impida la forma- ción de escarcha, que actuaría como un aislante térmico. Fig II.30.- Tubos circulares con aletas longitudinales y transversales Los evaporadores de aletas, se emplean en aquellos casos en que se dispone de poco espacio. En ese caso la adición de aletas al tubo desnudo aumenta la superficie efectiva total del evaporador lo que da lugar a un aumento del calor transmitido por unidad de longitud del tubo. Las aletas en el exterior de los tubos aumenta el intercambio térmico en evaporadores de enfriamiento de gases por lo que los evaporadores con aletas son frecuentes en enfriamiento de aire. En el caso de enfriamiento de líquido no es conveniente la utilización de evaporadores con aletas exteriores. Únicamente en casos en que la velocidad del líquido sea muy grande, en el exterior del evaporador es conveniente la utilización de aletas en el interior de los tubos que conducen el fluido fri-
cual, cuando el aire se enfríe por debajo de 1ºC se debe em- plear un sistema de desescarche automático. c) Evaporadores para enfriamiento de líquidos .- Existen una serie de evaporadores para enfriamiento de líquidos, co- mo:
_- De doble tubo
- Baudelot
- De tanque
- De carcasa y serpentín
- De carcasa y tubos
- De atomizador -_ Evaporador de doble tubo.- Consiste en dos tubos concén- tricos; el fluido frigorígeno circula por el espacio entre los dos tubos, y el líquido a enfriar por el tubo interior en contra corriente. Este tipo de evaporador, que puede ser inundado o de expansión seca, permite una transferencia de calor elevada y se utiliza en las industrias vinícola y cervecera, en uni- dades enfriadoras de agua compactas comerciales de pequeña capacidad, etc. - Enfriador Baudelot.- Puede funcionar inundado o en expansión seca; consiste en una serie de tubos horizontales colocados uno debajo de otro, por cuyo interior circula el fluido frigorígeno y por el exterior circula, por gravedad, el líquido a enfriar formando una delgada película, cayendo desde la superficie del tubo superior hasta el inferior donde se recoge en un canal colector. Este tipo de enfria- dor es ideal para las aplicaciones en que la aireación del líquido a enfriar sea un factor importante, y tiene la ventaja de obtener temperaturas próximas al punto de congelación, sin peligro de dañar el evaporador en el caso de una congelación imprevista. Se utiliza para el enfriamiento de leche, vino, caldo de cerveza, y agua carbónica en plantas embotelladoras. - Enfriador de tanque.- El enfriador de tanque consiste en un serpentín de fluido frigorígeno de tubo desnudo, instalado dentro de un gran tanque que contiene el líquido a enfriar. En la Fig II. 32 se observa que el serpentín está separado por un medio deflector de la masa principal del lí- quido, circulando éste a través del serpentín movido por un agitador motorizado. Este enfriador se utiliza en aquellos casos en que la sanidad no sea un factor importante, en las aplicaciones de grandes y frecuentes fluctuaciones de la carga, dada su gran iner- cia, y en las aplicaciones en que el líquido en- tra en el enfriador a temperaturas relativa- mente altas. Se emplea mucho para enfriamiento de agua, salmuera y otras líquidos refrigerantes se- cundarios. - Enfriador de carcasa y serpentín.- Está formado por uno o más serpentines encerrados en una carcasa de acero, pudiendo funcionar de dos formas: a) El fluido frigorígeno pasa en expansión seca por el serpentín y el líquido a enfriar circula por la Fig II.31b.- Evaporador de convección forzada Fig II.32.- Enfriador de tanque
carcasa, teniendo este sistema la ventaja de su inercia térmica b) Se utiliza con el fluido frigorígeno en la carcasa, en régimen inundado, Fig II.33, y el líquido a enfriar en el serpentín; a este tipo se le denomina enfriador instantáneo de líquidos; no se puede utili- zar en aplicaciones donde se requieran enfriamientos por debajo de los 3,5ºC, ante el peligro de grave deterioro en el caso de congelación. Fig II.33.- Evaporador de carcasa y serpentín
- Evaporador para enfriamiento de líquidos de carcasa y tubos .- Es el tipo que más se utili- za, Fig II.34, por Tener una eficiencia alta Requerir poco espacio Su facilidad de mantenimiento Su adaptabilidad a casi todas las aplicaciones de enfriamiento de líquidos ⎧ ⎨ ⎪ ⎩ ⎪ Consiste en una carcasa cilíndrica de acero en cuyo interior se disponen tubos rectos horizontales paralelos sujetos en su lugar en los extremos por placas perforadas. Fig II.34.- Evaporador de carcasa y tubos, para el enfriamiento de líquidos - Evaporador atomizador.- Tiene una construcción similar al de carcasa y tubos, con la diferen- cia de existir sobre los tubos superiores unas boquillas de atomización que lanzan refrigerante líquido sobre los tubos, por cuyo interior circula el fluido frigorígeno a enfriar, del cual la fracción no evapora- da se recoge en la parte inferior del enfriador, desde donde es bombeada de nuevo a las boquillas. Las ventajas de este tipo de enfriador son: ⎧ ⎨ ⎩ su elevada eficacia la baja carga de fluido frigorígeno necesaria Sus desventajas son: la necesidad de una bomba de recirculación de líquido frigorígeno su alto costo ⎧ ⎨ ⎩ II.10.- ACUMULACIÓN DE ESCARCHA EN EL EVAPORADOR La acumulación de escarcha es un fenómeno que aparece ligado íntimamente a la obtención de bajas temperaturas, convirtiéndose en hielo en los tubos y aletas del evaporador; esta escarcha es el resultado lógico de la condensación y posterior congelación del vapor de agua contenido en el aire de la cámara, que acumulándose sobre tubos y aletas forma una capa de hielo que actúa como un autén- tico aislante, impidiendo el normal intercambio de calor entre el sistema a enfriar, el evaporador y el
