Cualquier fluido se rige según sus estados termodinámicos, y su mecánica como tal, de allí, se puede encontrar en estado, vapor, líquido, Sólido o en transformación, siempre y en cualquier estado, éste es totalmente variante dependiendo del cambio de su entorno, como presión y/o temperatura, son dos parámetros inseparables en todo el proceso, para poder estar en un estado u otro, sin descartar que la temperatura significa exactamente la energía….

Solo se implicaría un factor para distinguir uno de otro, es el valor que anticipe su cambio de estado, dependiendo de cada fluido dichos valores pueden ser inferiores o superiores según sus propios texturas naturas y dinámica, este extracto de valor que vamos a usar al fabricar la máquina de frio, hablando de valores tanto energético como de presión

Para que un fluido se transforme ha de estar en ciertas condiciones

Presión, temperatura mas energía, ésta ultima se expresaría como ENTALPÍA, en KJ/Kg,  la presión en BAR., la temperatura en ºC.

Nótense, que, en el diagrama adjunto del fluido en cuestión, R22 se compone de varios datos además de los que vamos a usar, pero no iremos mas lejos, destacaremos el mas importante afín comprender la formación de frio en el ceno de una máquina de producción de frío por cambio de estado.

Un detalle a titulo informativo simplemente

En realidad, dentro del oficio y de forma general, existe la expresión condensación la cual se refiere a un cambio de estado desde vapor/al liquido, lo que hay que saber no ha sido siempre así, esta transformación su nombre real es la licuefacción, y la que conocemos como condensación, era para identificar la transformación desde el vapor al sólido, es decir la inversa a lo se refiere como sublimación, por su puesto no pretendemos cambiar nada es justo una información, añadida. En caso de topar con algún libro antiguo del siglo pasado, donde se expresan estos datos tal y como se comento.

Vamos a usa el R 22. En este caso.

Es un fluido muy estable, era muy usual en los aparatos de climatización, como cámaras de baja temperatura entre otro tipo de instalación, su eliminación fue inminente, ver apartado de los frigorígenos

El R22 se evapora a -40, 2º C, a la presión atmosférica. 1 bar efectivo

Su capacidad energética es óptima

Antes de trazar un ciclo frigorífico empezamos por el ejemplo siguiente.

La imagen presenta las líneas verticales (color rojo) llamadas las isoentálpicos ( O ISENTÁLPICAS) y las líneas horizontales son las isobaras (color azul).

 

En estos diagramas el uso de la expresión ISO significa constante, es decir energía y presión constante etc….

La forma oval interior de forma de campana es la línea de saturación, es decir, entre estados no hay interacción, ni en presión no temperatura es decir energía en equilibrio.

 Zonas de un diagrama

 

  En el centro con su forma peculiar de ALUBIA es la curva de saturación, responsable de partir el diagrama en tres partes,

  1. Zona izquierda: líquido subenfriado, (estabilidad)
  2. Zona centro: Transformación, mezcla de liquido/ vapor, con porcentaje distintos según entalpía, (instabilidad)
  3. zona derecha: Vapor sobrecalentado.  (Estabilidad)

Isobaras (PRESION CONSTANTE)

 Las isobaras marcan y indican en el diagrama únicamente la presión en Bar -absoluto – en este caso.  En el ejemplo se usará los valores   0 bar, 5 bar y 17 bar.

La línea de entalpía – isentálpica- necesaria- R22- para transformar 1 kg desde el estado líquido al vapor aumentándole energía y viceversa bajándole la misma, el diagrama considera una energía entre 140 kj/kg  y  560 kj/kg son necesarias de forma proporcional para  1 kg de R22. Afín de provocar un cambio de estado completo.

Los valores X que se muestran dentro de la curva de saturación es decir la zona de mezcla, reflejan el porcentaje de mezcla desde 100% líquido como (X 0) hasta el 100% vapor como (X1). Es el TITULO X , el diagrama de los fluidos, o entálpico, es una herramienta muy precisa, nos sirve para determinar muchos elementos dentro de la concepción de una instalación frigorífica, por tanto la necesidad  de extraer datos correctos del mismo es sumamente importante, aunque hoy disponemos de la computación que nos ayude en la tarea,

 

Fuera de la campana, no será zona de trabajo, ya que estamos por encima del punto critico, es decir de difícil transformación (mas adelante)

 

Isentálpicas

 

La isobara, indica dentro del diagrama la presión constante y traviesa éste en horizontal desde la zona liquido subenfriado hasta la zona vapor sobrecalentado. Es la línea de presión constante.

La línea de entalpia es la perpendicular a la isobara, compartida en el diagrama en todos los estados, liquido, mezcla y vapor, es   un valor energético, de tal manera que se puede indicar un valor verificable y real (kj/kg) del fluido en cualquier estado y punto, el mejor indicador de potencia del compresor en un punto de la instalación con una capacidad determinada de carga de fluido. Por ejemplo.

 

Isoterma: Curva de temperatura

Ejemplo el fluido R22:

 

Dentro de la curva de saturación o la zona de mezcla, la línea de temperatura ISOTERMA se sobrepone encima de la isobara, en cualquier punto en la zona se detecta una presión correspondiendo a una temperatura de forma constante i invariable según la isentálpica. El ejemplo mas visible en el diagrama es 0ºC es también el 5 Bar. ( 4 Bar efectivos)

en la zona de vapor sobrecalentado, toma esta forma curvada hasta topar con la isobara 0 BAR,

Su forma cambia dentro de la zona liquido subenfriado, vuelven a sobreponerse a la isoterma,

 

El trazado de un circuito.

 

En el punto A es el punto de arranque de este trazado.

De forma provisional lo llamaremos punto de fin de evaporación. Donde se encuentra el R22 al 100% vapor, su temperatura es de 0ºC…

La instalación empieza a funcionar. el compresor en marcha.

El compresor aspira desde la línea de aspiración también llamada BAJA entre el punto A, y B, el trayecto entre éstos, donde el vapor gana velocidad y rozamiento contra la pared interna de la tubería, además de un intercambio de temperatura con su entorno, pues iría ganando energía y afectando a su vez a la ganancia de temperatura, implicando un sobrecalentamiento, directo

A-B se puede identificar como -SOBRECALENTAMENTO PRIMARIO – es importante dicha identificación, la cual puede ser útil y   necesaria determinando la capacidad de carga en refrigeración industrial, (por ejemplo)

Luego: como el gas ya alcanzó el compresor, Dentro el Cárter el fluido siempre en contactos con los componentes del mismo, su temperatura (fluido) aumente también por intercambio. En el punto C

B-C SOBRECALENTAMIENTO SEGUNDO (la función llamada sobrecalentamiento Total) tiene mucha que ver en la cantidad de carga, refrigeración y estabilidad del compresor, además la performance de la instalación (C.O.P)

LA COMPRESION

 

el vapor dentro el cilindro obliga al gas  a disminuir su volumen a golpe de pistón, lo que implica un aumento de presión y temperatura, el pistón subirá hasta el punto de carrera final, donde se considera el fin de la compresión, en D la compresión ya ha terminado, es donde el fluido se considera en muy  alta temperatura y presión elevada igualmente, estamos en la zona compresión, la temperatura puede alcanzar hasta 116 ºC, ( TOMEN NOTA, no tiene nada que ver con la condensación) también se puede destacar que estos parámetros pueden variar y mucho dependiendo del fluido por su puesto y el régimen del equipo.

C-D COMPRESION. Presión de régimen constante, pero temperatura variable ya que estamos en la zona vapor,

 Des-sobrecalentamiento (el fenómeno termodinámico complejo para entender) noten que si no se comprende el dessobrecalentamiento de forma rigurosa no se entenderá nunca, ¿Cómo la máquinas de frio pueden calentar el agua a 80 º C o mas?

 

Imaginemos el gas saliente del compresor, que se dirige hacia el condensador. Se debe concentrarse en estos dos puntos, hacer rodar la película en ralentí, con el compresor en marcha.

Des-sobrecalentamiento 

1 el compresor cada x tiempo golpea una cantidad de gas hacia el exterior del cilindro, el gas se calienta, -sobrecalienta -no voy a usar la Voz recalentamiento, (tengo mi duda con esta terminología en este caso concreto) al salir del cilindro, su presión se encuentra muy alta y sus ganancias de calor son además proporcionales a estos golpes, es decir, cada vez mas energía sin olvidar de añadir la provocada por rozamiento entre la tubería.

Hasta aquí el gas no dejará de ganar energía mientras caminaba hacia el condensador en línea de descarga, todo mientras el pistón golpea el vapor, en el camino es donde se expresa la termodinámica con todo su esplendor, es decir cosa muy difícil de comprender, rara o casi ilógica, en este tramo también y al mismo tiempo se produce un enfriamiento del fluido debido a su contacto térmico con el exterior, de allí el dessobrecalentamiento, dicho de otra manera, ( mientras sobrecalentemos, el gas  es añadir energía de forma continua sin cesar) , lo estamos enfriando al mismo tempo) mas tarde se hablara de  hasta donde ha hecha alcanzar este tenemos la optimización de la máquina frigorífica. Hay que tener en cuenta que la línea de descarga o el gas saliente del cilindro su temperatura puede oscilar entre 80 Y 116ºC.  las cuales habrá que bajar antes de alcanzar el condensador.

Personalmente considero que la línea de descarga es una pieza fundamental, a la hora de diseñaran y conceptuar una instalación frigorífica, y no es simplemente un tubo conductor de gas

D-E: DESSOBRECALENTAMIENTO. (estabilidad en presión, pero no en temperatura)

Se considera que en el trayecto entre el compresor y la entrada del condensador el gas tanto ha ganado energía como que la pierde al mismo tiempo (¡raro no!) pero una vez alcance el condensador, el comportamiento cambia totalmente, dentro de este serpentín en primera fase se le quita energía para disminuir simplemente su temperatura estando siempre en fase vapor. Veremos. Lo siguiente

 

 

La condensación

En esta fase de funcionamiento, el vapor a alta presión y temperatura, irá intercambiándose dentro el condensador, son tres fases sucesivas que necesita para completar la condensación:

Entre los puntos E y F  en un principio , el fluido cederá parte de su energía, simplemente para bajar su temperatura y así poder alcanzar la temperatura de condensación ,es:

E-F principio de condensación

La presión sin embargo siempre permanecerá constante, no pasaría lo mismo con la temperatura, notemos una bajada importante de la misma:

Justo en F, se fabricó la primera gota de líquido, (ESTADO DE MEZCLA) se considera entonces que, y como  observación especial,  el movimiento del fluido se centraría solo dentro la campana, donde el fluido vapor a alta presión ya entró en  transformación, es decir movimiento de calor latente, donde se le restará energía claro, non  tanto ni su temperatura ,tampoco  su presión , las cuales quedarían a lo largo del proceso de transformación, con valores constantes, y  es la condensación, mientras el gas en fase mezcla se dirige hacia el punto G, irá ganando porcentaje(cantidad) de líquido cada vez más hasta alcanzar el 100% en este mismo punto G, es:

F-G la condensación.

La fase siguiente, después del fin de la condensación, No hace mucho tiempo , determinar lo que pasa en este punto era casi imposible, se consideraba al bajarle mas la temperatura del líquido después de su condensación, provocaría igualmente una  pérdida de  presión, cosa inviable para la máquina de frio, pero gracias igualmente a los cálculos mas precisos y la informática, se superó este hándicap, hoy ya no se termina el proceso con la fabricación del 100% liquido,  vamos a permitir que el éste quedase todavía dentro del condensador, afín de arrestarle aun mas energía bajándole la  temperatura subenfriarlo, la razón es, al subenfriarlo, éste será muy estable para almacenar como frigorígeno eficiente para producir el frio, con imposibilidad de regresar a otro estado, la parte inferior de un condensador y los últimos serpentines, se consideras tanto zona de Subenfriamiento como almacenamiento…

El Subenfriamiento:

El R22 ya esta totalmente transformado, el trabajo del condensador no esta terminado todavía, el liquido quedará circulando dentro del ultimo tramo del serpentín, afín de restar mas energía aún, hasta subenfriarlo unos grados mas.   Es la forma mas idónea de alcanzad un líquido estable, un frigorígeno líquido eficaz y eficiente sin poder regresar a otro estado como mezcla o vapor, igualmente al determinar el Subenfriamiento, se mejora la máquina, y gana mucho en performance, en  la carga de fluido, la  optimización del conjunto de la instalación, además su valor determina el modo real de   funcionamiento de  la instalación.  Con el valor del Subenfriamiento extraído se podrá así, saber las condiciones de funcionamiento, como la carga de líquido del evaporador, o mismo la carga de energía en condensación y si es compatible con el resto de los componentes entre otras cosas etc…. (lo veremos)

En el diagrama se idéntica como

H-G el Subenfriamiento.

 La expansión

un liquido estable, tal y como se comentó, saliente del condensador, alcanza un regulador de caudal, llamado sistemas de expansión, éste su concepción es regular el caudal, necesario para alimentar otro aparato llamado evaporador, provoca una caída de presión, conllevando así la evaporación del mismo liquido.  La caída de presión consiste en frenar una cantidad importante entrante, y hacer salir otra controlada y dosificada con mucho menos cantidad caminando hacia el evaporador, tened en cuenta que la caída provoca una expansión, dentro el sistema y nunca fuera de la misma.

Por segunda vez nos encontraremos con otra joya de la termodinámica, los cálculos han determinado que el liquido en expansión dentro del sistema ya ha consumido 20 % de liquido, con el agravante, que nadie tiene idea que es lo que pasa hasta la fecha, simplemente lo hemos nombrado como ( flashing) ( ojo) la línea esta en la vertical entálpica, es decir tampoco consumió energía, el dato es (expansión, menos liquido y nada de energía consumida )

Simplemente la:

H-I expansión

La evaporación

EL 80 % de liquido restante se dirigirá dentro el serpentín evaporador hacia el compresor, sin olvidar que estamos hablando igualmente de calor latente, se mantiene entre una isoterma y una isobara hasta que acabe el liquido, mientras realice el recorrido, absorbe energía por todo los lados la suyo la del serpentín y de su propio entorno, es la producción de frio por cambio de estado, ( la evaporación) en esta fase en el diagrama consta una perdida de energía enorme a la misma presión y temperatura.

función I-A: Evaporación

Suele pasar, después o fin de la evaporación, algo parecido que, en el condensador, para hacerle gastar el liquido en su totalidad hasta la saturación, es decir evitar que se transforme, aunque por partes pequeñas en líquido, o simplemente se desborde haciendo inundar el compresor del mismo, lo cual sería mortal para los compresores.

El sistema mismo de expansión tiene como concepción de hacer el rol de flotador dentro de una cisterna, es decir controlar el nivel de líquido alcanzado en el evaporador, y que no se desborde.

Sobrecalentamiento 

La VET al inyectar el liquido dentro, éste a la circular dentro del serpentín, alcanza rápidamente su bulbo y , por diferencial de presión causado por la variación de temperatura, la válvula regula al caudal a menor, y con ello el compresor provocaría una presión ligeramente inferior, donde se evaporará el liquido restante y acumulado esta zona. La dicha evaporación por naturaleza provoca el aumento del gas aspirado, ya que el calor en la zona es sensible, el gas varía su temperatura, y esta será aumentada.

Nota

Los valores de este proceso, son caso insignificante en valores detectables para los termómetro y manómetro en uso, detectar dichos movimientos, habrá que usar aparatos de gran sensibilidad, Tampoco lo detectamos en el trazado, el diagrama en usa aplica la unidad Bar, es indetectable, otra cosa el uso de Pascal.

En definitiva, es el

A-B: sobrecalentamiento 1º.

El circuito se presentaría así 

 

Impactos: 11