El Circuito Frigorífico

El circuito frigorífico es esencialmente un sistema diseñado para transportar calor desde un lugar de baja temperatura (evaporador) hacia un lugar de alta temperatura (condensador). Este proceso permite tanto la refrigeración como la calefacción, dependiendo de la aplicación.

1. Principio del Circuito Frigorífico:

• Se utiliza un fluido refrigerante en un circuito cerrado.
• Las propiedades termodinámicas del refrigerante son clave, ya que se evapora a baja temperatura bajo la presión atmosférica.

2. Funcionamiento Básico:

• El refrigerante, por ejemplo, R134a, se evapora a baja temperatura (5 ºC) y baja presión (2,5 bar) en el evaporador debido al calor del entorno (aire ambiente a 25 ºC).
• Los vapores resultantes son aspirados por el compresor, que los comprime y los impulsa a una presión más alta (10,6 bar).
• Esto permite condensar el refrigerante a una temperatura más alta (45 ºC) en el condensador, liberando calor al aire exterior (a 30 ºC).

3. Aplicaciones:

• Enfriamiento (Climatizador): El calor se extrae del espacio interior y se expulsa al exterior, manteniendo la temperatura interior baja.
• Calefacción (Bomba de Calor): El principio se invierte, extrayendo calor del exterior y liberándolo en el interior.

4. Curva de Cambio de Estado:

• Cada fluido refrigerante tiene una curva específica de cambio de estado (razón presión/temperatura).
• Ejemplo: R404A hierve a -46 ºC bajo cierta presión.

5. Válvula de Expansión:

• Regula la entrada del refrigerante al evaporador.
• El líquido a la presión de condensación llega a la válvula con una temperatura específica.

¿Cómo funciona un circuito frigorífico?

1. Evaporador (frío): En este paso, el refrigerante (un líquido especial) absorbe el calor del lugar que queremos enfriar. Un ejemplo es cuando sientes el aire frío en la parte posterior de un refrigerador; ahí es donde está el evaporador.
2. Compresor (calor): Luego, el compresor toma ese refrigerante y lo comprime, haciendo que se caliente. Es como apretar una esponja, pero en lugar de agua, el refrigerante se calienta. Esto sucede en la parte trasera de tu nevera.
3. Condensador (calor): El refrigerante caliente se lleva al condensador, donde se libera el calor al ambiente exterior. Piensa en ello como expulsar el calor afuera, como un radiador.
4. Válvula de Expansión (frío): Después, el refrigerante se enfría y se expande en una válvula, volviendo a estar listo para absorber más calor en el evaporador.

Curva de Cambio de Estado:

• Agua como ejemplo estándar:
  • Bajo la presión atmosférica, el agua hierve a 100 ºC.
  • Si aumentas la presión sobre el agua, la temperatura de ebullición también aumentará.
• Fluidos Refrigerantes:
  • R22: Bajo cierta presión, hierve a 40,8 ºC.
  • R134a: Hierve a 26,4 ºC bajo otra presión específica.
  • R404A: Interesantemente, hierve a -46 ºC bajo condiciones particulares.

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Relación Presión/Temperatura:

• Si aumentas la presión sobre un líquido refrigerante, la temperatura a la cual hierve también aumentará.
• Inversamente, si disminuyes la presión, la temperatura de ebullición disminuirá.

Importancia en el Circuito Frigorífico:

• Esta relación es crucial para el funcionamiento del circuito frigorífico.
• La selección del refrigerante y el diseño del sistema dependen de estas propiedades termodinámicas.
• Permite controlar dónde y cómo ocurren las fases de evaporación y condensación en el circuito.

Entender esta relación presión/temperatura ayuda a los ingenieros a diseñar sistemas de refrigeración eficientes, ya que pueden ajustar las condiciones para lograr la transferencia de calor deseada en diferentes partes del sistema.

Ejemplo:

Vamos a desglosar este ejemplo del funcionamiento del circuito frigorífico con el R134a:

1. Evaporación (Climatizador):
   • El aire ambiente a 25 ºC interactúa con el R134a en el evaporador.
   • El R134a se calienta y evapora a una temperatura de 5 ºC y a una presión de 2,5 bar.
   • En este paso, el refrigerante absorbe calor del entorno, enfriando el aire que lo rodea.
2. Compresión:
   • Los vapores de R134a, ahora calientes, son aspirados por el compresor.
   • El compresor comprime estos vapores y los impulsa a una presión más alta, en este caso, 10,6 bar.
3. Condensación (Bomba de Calor):
   • Los vapores comprimidos pasan al condensador, donde se encuentran con el aire exterior a 30 ºC.
   • Se libera calor del refrigerante, elevando su temperatura a 45 ºC.
   • En este proceso, el aire exterior se calienta debido al calor liberado por el refrigerante.
4. Desprendimiento de Calor:
   • El calor liberado durante la condensación del refrigerante calienta el aire exterior de 30 a 36 ºC.
5. Válvula de Expansión:
   • Finalmente, el líquido refrigerante a la presión de condensación de 10,6 bar llega a la válvula de expansión.
   • La temperatura del líquido en este punto es de 35 ºC.

Este ciclo se repite continuamente para mantener el proceso de refrigeración o calefacción, según la necesidad. La válvula de expansión regula el flujo del refrigerante hacia el evaporador para comenzar nuevamente el ciclo. En resumen, el circuito frigorífico utiliza cambios de estado del refrigerante para transferir calor y lograr el efecto deseado, ya sea enfriar o calentar un espacio.

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