evaporadores

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TEMA 3: 
EVAPORADORES
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TEMA 3: EVAPORADORES: FUNCIONAMIENTO, TIPOS Y CARACTERÍSTICAS.
1. MISIÓN EN EL CIRCUITO
El evaporador es la parte del sistema frigorífico en el que el refrigerante alcanza su temperatura de saturación y se vaporiza, es decir el refrigerante entra en estado líquido en el evaporador a baja presión, y en consecuencia también a baja temperatura.
Como el medio que le rodea está a una temperatura superior, existe una cesión de calor que proviene del ambiente, la cual será absorbida por el fluido refrigerante para poder así llevar a cabo su cambio de estado de líquido a vapor.
En una instalación frigorífica, una parte del calor absorbido por el evaporizador, es utilizado para bajar la temperatura del aire (calor sensible), otra parte para condensar y transformar en escarcha el vapor de agua del aire (calor latente). Este vapor de agua proviene de la evaporación de los géneros almacenados y de la humedad del aire exterior entrado por filtración y abertura de puertas.
En algunos sistemas de aire acondicionado lo que se enfría en el sistema además de aire puede ser agua o salmuera.
2. TIPOS DE EVAPORADORES
Los evaporadores se pueden clasificar en función del cometido que se le asigne, es decir:
Evaporadores para enfriamiento de aire.
Evaporadores para enfriamiento de líquidos.
							Circulación natural
			Enfriamiento de aire		
							
							Circulación forzada
Evaporadores		
							De inmersión
							De doble tubo a contracorriente
			Enfriamiento de líquidos	De lluvia
							Multitubulares
Especiales
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2.1. EVAPORADORES DE TUBOS DESNUDOS ( Circulación natural )
Son los tipos más simples y consisten en tubos de cobre de forma recta que conducen el calor a su través:
Si el refrigerante es amoniaco como ocurre en los frigoríficos por absorción, se utiliza acero ya que el amoniaco reacciona con el cobre. El acero es normalmente empleado en los evaporadores grandes, como los que se utilizan, por ejemplo, en los almacenes de conservación de congelados.
Los tubos de aluminio se utilizan normalmente en la fabricación de evaporadores para frigoríficos domésticos.
2.2. EVAPORADORES DE PLACAS ( Circulación natural )
Este tipo de evaporadores son los utilizados en refrigeración doméstica, arcones congeladores, y algunos armarios de refrigeración comercial. Son baratos de construir y se limpia fácilmente.
Consiste en dos chapas o placas de aluminio cuya superficie se prepara previamente y se deposita una pasta antiadhesiva siguiendo el trazado establecido en función de las dimensiones definitivas del circuito frigorífico.
Otra chapa idéntica a la primera cubre dicho trazado y el conjunto se lamina en caliente y en frío, lo que hace que se suelden molecularmente las dos chapas, salvo en las zonas en donde se ha depositado la pasta antiadhesiva. De esta forma se obtiene un panel de metal homogéneo que comporta en su interior un trazado que no ha sido soldado.
Después del tratamiento térmico, el circuito se “hincha” bajo presión hidráulica, con el panel montado sobre una prensa a fin de limitar la expansión del metal. Seguidamente se deshidrata convenientemente todo el circuito. En algunos casos se le da forma oportuna para que sirvan de estantería de almacenamiento, tal como ocurre en el alojamiento de los cajones del congelador de los refrigeradores domésticos “combis”, o bien, en los muebles destinados a la conservación o exposición de helados y demás productos congelados.
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Este tipo de evaporadores acostumbran a fabricarse conjuntamente con el tubo de bajo presión que es de aluminio, y al final de dicho tubo lleva una unión soldada en frío con un trozo de tubo de cobre para soldar al compresor.
Al realizar dicha soldadura es conveniente prestar la máxima atención en no calentar en exceso dicho tubo, o bien bajar la temperatura de la unión con un trapo mojado, pues de lo contrario se puede deteriorar la soldadura en frío de los materiales (aluminio-cobre).
Otro evaporador de este tipo consiste en dos placas metálicas corrugadas que están soldadas juntas de tal manera que la superficie corrugada forman una tubería por la que fluye el refrigerante. La amplia superficie metálica da lugar a una buena transferencia de calor hacia el refrigerante.
2.3. EVAPORADORES ESTÁTICOS DE TUBO Y ALETAS ( Circulación natural )
Están formados por un serpentín de tubería de cobre la cual se la aplican aletas de aluminio para aumentar así la superficie de transmisión del propio tubo.
Estas aletas deben estar separadas entre sí convenientemente, a fin de que entre ellas se establezca una adecuada circulación de aire evitando la formación de escarcha entre las mismas, ya que de lo contrario ésta actuaría como aislante y se impediría la perfecta absorción de calor. Las aletas van soltadas en el tubo o bien se colocan en el tubo y a continuación conseguir la expansión del tubo.
Normalmente van instalados en el techo de las cámaras o en las paredes interiores de los muebles, y la circulación del aire en este tipo de evaporadores es por gravedad. Los evaporadores aleteados son más pequeños que los de otro tipo para la misma capacidad frigorífica desarrollada.
2.4. EVAPORADORES CON TIRO DE AIRE FORZADO
El aire se puede hacer pasar a través del evaporador mediante convección natural o por convección forzada. La convección natural es la que se presenta en un frigorífico doméstico donde el evaporador y el compartimiento de congelación están en la parte superior. El aire caliente asciende desde el fondo del compartimiento donde se tienen almacenados los alimentos y entonces se enfría en el evaporador, produciéndose corrientes de convección. En los sistemas de acondicionamiento de aire éste es soplado o insuflado sobre el evaporador por medio de un ventilador.
En este caso el evaporador es un tubo en forma de serpentín, con aletas adheridas en igual forma que en el caso anterior, y el conjunto va montado dentro de una caja metálica con uno o varios ventiladores directamente dirigidos, de manera que establecen la circulación de aire forzado, aumentando así considerablemente la absorción de calor y reduciendo en consecuencia, la superficie de evaporador que se necesitaría para el tipo de circulación por gravedad.
Con este tipo de evaporador se consiguen temperaturas más uniformes en el interior de la cámara, debido a la rápida circulación del aire.
El espacio entre aletas es más reducido que en los de circulación por gravedad, por lo que la formación de escarcha excesiva podría perjudicar la eficacia del evaporador, pero queda superado por los diferentes sistemas de desescarche que entraran en funcionamiento, a fin de mantener libre de hielo la batería y conseguir su máxima eficacia de transmisión.
A este tipo de evaporadores se les conoce como evaporadores ventilados, y pueden ser murales que en tal caso les encontraremos instalados normalmente en una pared del recinto refrigerado, o bien de techo, pudiendo ser ambos de boca simple o de doble boca.
2.5. EVAPORADORES PARA EL ENFRIAMIENTO DE LÍQUIDOS
Evaporadotes de inmersión
Estos evaporadores están formados por un tubo al cual se le da la forma más conveniente para su colocación en el recipiente que se desea enfriar, tomando el nombre de evaporadores de inmersión.
El material empleado principalmente en este tipo de evaporadores es el tubo de cobre, aunque en instalaciones de gran capacidad también se emplean serpentines de tubo de acero.
Evaporadores de doble tubo a contracorriente
La construcción de estos evaporadores es similar a los de condensadores a contracorriente. Su utilización es muy escasa, ya que implica que para la limpieza del circuito de líquido incongelable ó del agua, el aislamiento de cada codo sea desmontable.
Evaporadores de lluvia ó de cortina
Este tipo de evaporadores se vienen utilizando para el enfriamiento de líquidos alimenticios como leche,cerveza, vino, etc.
Sus condiciones de aplicación hacen que este evaporador se divida en dos partes. En la sección primera del aparato el líquido a enfriar baja de la temperatura de entrada (cercana a 100ºC en el caso del mosto procedente de la cuba, ó de 75 ºC en el caso de la leche que sale del pasteurizador), hasta la temperatura cercana a la temperatura del agua de suministro, que circula por el interior de dicha sección de tubos.
En la segunda sección del evaporador, el líquido se enfría hasta la temperatura deseada de conservación, por la circulación de agua helada obtenida en evaporadores acumuladores de frío, ó por expansión directa del fluido frigorígeno.
El agua de enfriamiento circula primero en un haz de tubos separadores y el fluido frigorígeno por el segundo haz colocado debajo de aquél. Las dos secciones se hallan en contacto total con dos placas de acero inoxidable sobre las cuales cae por lluvia el líquido que ha de enfriarse, repartiéndose a todo el ancho del evaporador por medio de un depósito distribuidor. Después de su enfriamiento, el líquido se recoge en el tanque de recuperación.
Evaporadores multitubulares
Este tipo de evaporadores, se emplean normalmente para el enfriamiento de líquidos por expansión directa del refrigerante. Están formados por un haz de tubos instalados en el interior de un cilindro de chapa de acero y pueden ser de dos tipos:
Que el refrigerante circule por el interior de los tubos y el líquido a enfriar circule por el cilindro, o bien que el líquido a enfriar circule por el interior de los tubos y el refrigerante evapore en el interior del cilindro.
En el primer caso la alimentación de refrigerante a los tubos se realiza a través de una válvula de expansión termostática, y en el segundo caso con el refrigerante expansionado en el circuito, el líquido a enfriar se mantiene a un nivel por debajo de la parte superior del envolvente a fin de que haya suficiente espacio para la separación entre el refrigerante líquido y vapor, trabajando en un régimen inundado y regulando la inyección por medio de una válvula de flotador.
Las temperaturas de funcionamiento estimadas como normales son:
Temperatura de evaporización = + 2 ºC
Temperatura de entrada del agua = + 12 ºC
Temperatura de salida del agua = + 7 ºC
Evaporadores especiales
Uno de estos evaporadores son los utilizados en enología, el cual se destina a enfriar las sidras y los vinos a fines de clarificación.
Este evaporador se compone de una cuba en la que el vino a tratar entra por la parte inferior. Esta cuba está provista de un doble envolvente en cuyo interior se evapora el fluido frigorígeno. En la parte superior de este doble envolvente existe un depósito adicional que forma la cúpula de vapor, para la salida de éste, y también para obtener la separación de las partículas de líquido contenidas en el mismo.
Por medio de un agitador de paletas y de rascadores, se mantiene en movimiento el vino que debe tratarse, a la vez se enfría a una temperatura cercana al punto de congelación.
Placas eutécticas
Cuando la temperatura a que se desea utilizar las frigorías acumuladas es inferior a 0ºC, y cuando los volúmenes a enfriar son relativamente pequeños como en el caso de los contenedores, vehículos de transporte para la distribución de producto fresco y congelado, se utilizan las placas eutécticas.
Estas placas están provistas de dos rácores de conexionado que permiten su adaptación sobre el circuito de una máquina frigorífica clásica, y de dos manguitos para el llenado de la placa con la solución eutéctica.
Están formadas por una placa de acero que actúa de recipiente, y unos travesaños interiores que sirven de soporte al evaporador. La solución eutéctica con que se llena el interior de las placas “acumula” cierta cantidad de frigorías al congelarse, que entrega seguidamente al descongelarse.
Se trata de una solución obtenida en proporciones precisas de determinadas sales disueltas en agua, que poseen la propiedad de congelarse y descongelarse a temperatura constante, contrariamente a las soluciones corrientes cuya temperatura de congelación baja a medida que se congela el líquido residual, y cuya temperatura de descongelación se eleva a medida que se funde el cuerpo sólido previamente formado.
De acuerdo con la aplicación que se desee la composición de la mezcla varía, así como sus temperaturas de congelación y de fusión. Las temperaturas de congelación pueden variar desde -1º C hasta – 31º C.
Las salmueras más generalmente empleadas para los baños incongelables, están constituidas a base generalmente de alcohol neutro de 90º, cloruro de calcio o cloruro sódico (sal común) disueltos en agua.
3. MANTENIMIENTO DE LOS EVAPORADORES
El inconveniente de los evaporadores es que el agua contenida en el aire se condensa y se congela sobre la superficie de los tubos para formar hielo y escarcha. Cuanto menor es la temperatura del evaporador mayor es la velocidad de formación de escarcha. Por supuesto no se tiene formación de escarcha en aquellos evaporadores donde la temperatura de trabajo es superior a 0º C.
La escarcha es mala conductora del calor por lo que la velocidad de transferencia de calor desde el espacio refrigerado hacia el refrigerante se reduce. Esto provoca que la temperatura de evaporación del refrigerante sea cada vez más baja por lo que se formará más escarcha lo que hace más difícil que entre en calor desde el exterior. De esta manera, se reduce la capacidad frigorífica del evaporador. 
En los evaporadores aleteados la escarcha que se forma entre las aletas reduce la superficie de contacto entre las aletas y el aire. Esto reduce también la transmisión de calor por lo que disminuirá la temperatura de evaporización y se producirá una mayor formación de escarcha. El agua como se dilata conforme se congela, la expansión que se produce puede dañar las aletas.
Desescarche del evaporador
La escarcha que se produce sobre los evaporadores debe ser eliminada periódicamente mediante el proceso que se denomina desescarche. En los pequeños frigoríficos domésticos, el desescarche se consigue desconectando el aparato durante un período suficiente para que se descongele el hielo. Esta escarcha debe ser cuidadosamente eliminada con el fin de conseguir un proceso rápido para que los alimentos no se deterioren.
En los sistemas frigoríficos grandes se utilizan otros métodos para el desescarche. Uno de estos métodos consiste en rociar agua caliente sobre la escarcha. Otro consiste en utilizar evaporadores con resistencias dispuestas en el interior de estos equipos. Un tercer método consiste en utilizar el vapor que se tiene en el tramo de descarga del compresor.
Los fabricantes suelen determinar los períodos de desescarche, en general cuanto más baja es la temperatura mayor será la frecuencia de desescarche.
Métodos de desescarche
Desescarche con agua: Primero se cierra una válvula que está situada en la línea de líquido y el compresor aspira el refrigerante hasta sacarlo completamente del evaporador. A continuación, se para el compresor, y se para también el ventilador o ventiladores del evaporador, para evitar que el agua se pueda proyectar al interior del frigorífico.
A continuación, se pone en marcha el rociador de agua, que se aplica con duchas que se colocan en la parte superior del evaporador. Se tiene en marcha este sistema durante algunos minutos hasta que la escarcha se ha descongelado y se le ha permitido drenar completamente el agua formada.
Desescarche eléctrico: Se procede como en el caso anterior, cerrando la línea de líquido y se para el compresor cuando se haya extraído todo el refrigerante del evaporador. Luego se conecta la resistencia y el calentamiento elimina la escarcha. Luego se pone de nuevo todo el sistema en marcha. Este proceso se puede realizar de forma manual ó automática utilizando un programador.
Desescarche con gas caliente: Se utiliza untramo de tubería que se conoce como by-pass, que conduce el fluido frigorígeno gas desde la línea redescarga hacia el evaporador. Cuando se abre la válvula de esta línea by-pass, el gas caliente se introduce en el evaporador provocando que se funda el hielo, y de esta manera el desescarche.
El inconveniente es que el gas caliente se condensa y pasa a la forma líquida en el evaporador, se tiene el peligro de que el refrigerante líquido pueda retornar al compresor a través de la tubería de aspiración y dañar de este modo el compresor. Este problema se puede resolver utilizando un segundo evaporador, conocido como re-evaporador, que es conectado por medio de una válvula cuando se produce el desescarche.
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Profesor/es:Fco. Javier Mateos Aliaño��