¿Qué es el evaporador en el sistema enfriador?

El evaporador es el componente de un sistema de refrigeración donde ocurre el proceso crucial de absorción de calor. Ubicado estratégicamente dentro del lado de baja presión, sirve como puente entre el dispositivo de expansión y el compresor. Su función es facilitar la transformación del refrigerante de estado líquido a gaseoso absorbiendo calor del ambiente que se pretende enfriar.

La función principal de un evaporador

El núcleo del funcionamiento del evaporador es la transferencia de calor desde el espacio o producto que se va a enfriar al refrigerante. Cuando el refrigerante líquido sale de la válvula de expansión, ingresa al evaporador y comienza a "ebullirse", término que describe la evaporación del refrigerante. Este cambio de fase, provocado por el ambiente de baja presión del evaporador, permite que el refrigerante absorba el calor de manera eficiente, lo que hace que se vaporice a una temperatura más baja que la del espacio de enfriamiento.

El proceso de evaporación no sólo extrae calor latente del refrigerante sino que también reduce significativamente su temperatura. Esto da como resultado un serpentín evaporador enfriado, que luego actúa como interfaz de enfriamiento para el sistema de refrigeración. La eficacia de este proceso es fundamental para mantener la temperatura deseada en el espacio refrigerado y garantizar que el sistema funcione dentro de los parámetros diseñados.

Tipos de evaporadores

Según los tipos de evaporadores y el modo de transferencia de calor enumerados, es evidente que el diseño y el funcionamiento de un evaporador se eligen para adaptarse mejor a los requisitos específicos de la aplicación. Aquí hay una breve descripción de los tipos mencionados:

Según el Tipo de Construcción

Evaporador de bobina de tubo desnudo: De diseño simple, se utilizan en aplicaciones donde el riesgo de contaminación es bajo. Consisten en serpentines hechos de tubos desnudos y generalmente son menos eficientes en la transferencia de calor en comparación con otros tipos.

Evaporador de placas: Consta de una serie de placas metálicas por las que circula refrigerante entre ellas. Este tipo es conocido por su alta eficiencia de transferencia de calor y se usa comúnmente en sistemas compactos.

Evaporador de carcasa y bobina: Consiste en una carcasa grande con un tubo enrollado en su interior, a través del cual fluye el refrigerante. El fluido secundario rodea la bobina dentro de la carcasa.

Evaporador de tubos con aletas: Presenta tubos que tienen aletas adheridas a sus superficies exteriores para aumentar la superficie de contacto con el aire, mejorando la eficiencia de la transferencia de calor. Estos se encuentran comúnmente en los sistemas de aire acondicionado.

Evaporador de carcasa y tubo: El tipo más utilizado, particularmente en aplicaciones industriales, consiste en una carcasa que contiene múltiples tubos a través de los cuales fluye el refrigerante, como se analizó anteriormente.

Evaporador de tubo en tubo: Consiste en un tubo dentro de otro con el refrigerante fluyendo en el tubo interior y el fluido secundario en el espacio entre el tubo interior y exterior.

Según el modo de transferencia de calor

Convección natural: Depende de la circulación natural del refrigerante debido a las diferencias de densidad que surgen de los cambios de temperatura. Este modo no requiere bombas o ventiladores externos para mover el refrigerante.

Convección forzada: Utiliza medios externos como bombas o ventiladores para hacer circular el refrigerante y aumentar la tasa de transferencia de calor. Este método es más eficiente y normalmente se utiliza cuando se requieren tasas más altas de intercambio de calor.

Optimización del rendimiento del evaporador en refrigeración

Para que un evaporador funcione al máximo rendimiento dentro de un sistema de refrigeración, se deben cumplir ciertas condiciones ideales:

1. Área de superficie maximizada: El evaporador debe poseer la mayor superficie posible que pueda enfriarse de manera constante. Esta maximización garantiza que haya un amplio espacio para la absorción de calor, mejorando así la eficiencia de la transición de fase del refrigerante de líquido a vapor.
2. Circulación mejorada de aire (líquido): Es esencial una circulación de aire (líquido) rápida y eficaz alrededor del evaporador. Mantener las superficies del evaporador limpias y libres de escarcha garantiza que la unidad pueda intercambiar calor sin barreras aislantes que puedan impedir el rendimiento.
3. Diferencial de temperatura óptimo: Mantener una diferencia de temperatura de 8 °C a 10 °C entre el refrigerante y el aire alrededor del evaporador facilita la transferencia de calor eficiente sin sobrecargar el sistema.
4. Presión de succión elevada: Una mayor presión de succión dentro del evaporador se correlaciona con una mayor capacidad y una mayor eficiencia de la unidad de condensación, lo que permite que el sistema funcione de manera óptima.
5. Gestión controlada de la humedad: El evaporador debe diseñarse para minimizar la extracción de vapor de agua. Al hacerlo, el sistema mantiene un nivel de humedad más alto, lo cual es crucial para preservar la apariencia, el contenido de humedad y el peso de productos perecederos, como los alimentos.

Evaporador en sistema enfriador

Los sistemas de refrigeración, integrales para diversas aplicaciones industriales y comerciales, dependen en gran medida de la eficiencia de los evaporadores. Entre los tipos predominantes, dos tipos principales son el evaporador de carcasa y tubos y el evaporador de carcasa y serpentín; este último se emplea a menudo en ciertos enfriadores enfriados por aire.

Evaporadores de carcasa y tubos

Ventajas:

• Exhiben notables capacidades de transferencia de calor, gracias a la amplia superficie proporcionada por los tubos.
• La robustez es una característica clave que les permite soportar importantes diferencias de presión y duras condiciones de funcionamiento.
• El diseño, que a menudo incluye haces de tubos extraíbles, facilita el mantenimiento, incluida la limpieza y la inspección.

Desventajas:

• Estos evaporadores pueden ser voluminosos y requerir más espacio, lo que podría no ser ideal para configuraciones compactas.
• La inversión inicial puede ser mayor, lo que refleja la complejidad y los costos de materiales del diseño.
• Existe una susceptibilidad a la formación de incrustaciones y suciedad, lo que requiere un mantenimiento de rutina para garantizar un funcionamiento óptimo.

Evaporadores de carcasa y bobina

Ventajas:

• El diseño compacto los convierte en una buena opción para enfriadoras enfriadas por aire donde el espacio es escaso.
• A menudo son más económicos en términos de costos iniciales en comparación con los diseños de carcasa y tubos.
• Puede ser eficaz en aplicaciones donde se desea una carga de refrigerante más baja.

Desventajas:

• Por lo general, tiene una eficiencia de transferencia de calor más baja que los diseños de carcasa y tubo.
• Puede que no sea tan fácil de limpiar y mantener debido al diseño en espiral.
• Puede ser menos duradero, especialmente si las bobinas no están adecuadamente protegidas o no están hechas de materiales resistentes.

Tipos de enfriadores adecuados

• Para evaporadores de carcasa y serpentín: Su diseño compacto y su menor carga de refrigerante los hacen aptos para enfriadoras de pequeño tamaño. Las enfriadoras enfriadas por aire suelen emplear estos evaporadores, beneficiándose de sus atributos de ahorro de espacio y rentabilidad.

• Para evaporadores de carcasa y tubos: Dada su eficiencia y durabilidad, estos evaporadores son ideales para aplicaciones de mediana y gran escala, lo que los convierte en la opción ideal para enfriadoras enfriadas por agua que requieren una refrigeración estable y de alta capacidad.

Conclusión

En el ciclo de refrigeración, la elección del evaporador es fundamental. Los evaporadores de carcasa y tubos son la columna vertebral de las enfriadoras enfriadas por agua en aplicaciones más grandes y ofrecen alta transferencia de calor y robustez. Los evaporadores de carcasa y serpentín, por otro lado, están diseñados para los requisitos compactos de enfriadoras enfriadas por aire más pequeñas. La selección entre ellos depende de la escala del sistema, las necesidades de eficiencia y las limitaciones de espacio, lo que subraya el papel fundamental del evaporador en el rendimiento de los sistemas de refrigeración.