El Evaporador – Tipos y Características

El evaporador es el aparato destinado a la producción de frío en el interior del recinto mediante la absorción de calor del mismo, utilizando para ello la evaporación de un líquido.

Se trata por tanto de un intercambio de calor, que en función de la capacidad requerida, necesita una determinada superficie de intercambio. El evaporador es el elemento que proporciona finalmente la temperatura necesaria para la conservación de los productos, mediante el cambio de estado de un determinado fluido refrigerante, a una presión y temperatura dadas.

Tipos de Evaporadores

Se pueden establecer varios criterios de clasificación de los evaporadores:

A) Según como estén Construidos

Puede observarse que en la construcción de los evaporadores suelen utilizarse tubos lisos provistos de aletas que permiten aumentar la superficie de transmisión en algunos tipos o bien construidos con placas.

tipos de evaporadores

No se utilizan tubos corrugados porque éstos tienen menor coeficiente de transmisión de calor debido a las rápidas incrustaciones de hielo que se producen.

Los tubos lisos son de acero cuando se utiliza R717 y se suelen encontrar en evaporadores de grandes capacidades. Para los refrigerantes fluorados se utiliza el cobre y suelen emplearse de forma unitaria en instalaciones de menores dimensiones, o bien de varios evaporadores.

Si a los tubos lisos se les coloca unas aletas o placas metálicas, soldadas o expandidas, a presión sobre los tubos, se consigue aumentar considerablemente la superficie de intercambio de calor.

Los tubos forman un serpentín y las distancias de separación entre ellos o la de las aletas es variable, siendo en general mayor la densidad cuanto menor es la temperatura y viceversa, debido a las exigencias de circulación de aire; si las aletas están muy juntas se llenan de escarcha impiden la circulación de aire. Para temperaturas bajas el número de aletas puede
oscilar de 2 a 3 aletas/pulgada, y para temperaturas de refrigeración puede llegar a ser de hasta unas 14 aletas/pulgada.

El hecho de utilizar aletas o placas representa una disminución de tamaño del evaporador, ya que éstas aumentan el coeficiente de transmisión para una misma superficie total de intercambio. El aire suele ser forzado a circular mediante ventiladores.

evaporadores de placas

Para pequeños congeladores, como los de tipo doméstico, se fabrican también evaporadores consistentes en dos placas generalmente planas, metálicas, soldadas por puntos, de manera que por su interior circule el refrigerante.

B) Según como se Comporte y Circule el Refrigerante

Si todo el líquido refrigerante que penetra en el evaporador se convierte completamente en vapor en el intervalo de tiempo que media desde que entra hasta que sale por el otro extremo, el refrigerante llegará a la tubería de aspiración del compresor en forma de vapor.

Para su funcionamiento suele utilizarse una válvula de expansión termostática que regula el paso del líquido de acuerdo con la aspiración del compresor, de forma que sólo deja entrar la cantidad que puede ser vaporizada totalmente.

Para conseguir este efecto suele ser necesario un recalentamiento de unos 8 ó 10 °C aproximadamente o mayor en algunas ocasiones. Esto supone una variación del trabajo del compresor y un sobredimensionamiento del orden del 15% de la superficie total del evaporador.

No obstante, debido a su sencillez de diseño y a su menor precio (piénsese que el evaporador es uno de los elementos más caros de toda la instalación) es el procedimiento más utilizado.

evaporador inundadoCuando los evaporadores se llenan completamente de líquido refrigerante, se les denomina de tipo inundado. En este caso, el nivel del líquido se controla mediante una válvula de flotador que se cierra y no deja pasar más líquido cuando se alcanza el nivel fijado. Mediante este sistema, se consigue aumentar el rendimiento del evaporador hasta en un 20% aproximadamente. También se emplean dispositivos de columna de mercurio para abrir y cerrar contactos.

Otro tipo de evaporador es aquél en el que la circulación del refrigerante se controla regulando el caudal mediante una válvula fija que da paso a una bomba. En éstos, existe un exceso de líquido, por lo que suele llamarse de tipo sobrealimentado; el exceso de líquido se separa del vapor, se recoge en un colector y se recircula de nuevo hacia el evaporador, en tanto el vapor es aspirado hacia el compresor. Cuanto mayor es el número de recirculaciones de líquido, mayor es el rendimiento del evaporador en general.

C) Según el Método de Circulación del Aire

Hay que procurar que el aire que circula en el interior de la cámara o recinto que se desea refrigerar, lo haga de forma adecuada, ya que su velocidad es esencial en los intercambios de calor entre el ambiente, los productos y el evaporador.

No todos los productos y su período de conservación tienen las mismas exigencias térmicas ni de grado de humedad. La adecuada velocidad de circulación del aire está íntimamente relacionada con estos aspectos.

El aire puede circular por simple convección natural asegurada por los gradientes térmicos que se producen en las distintas zonas. La velocidad de movimiento en este caso es baja y sus efectos deshidratantes sobre las superficies de los productos, en particular los no empaquetados o envueltos, es mínima. Su utilización es más extensa en el campo de pequeños congeladores domésticos, armarios o muebles de exposición en locales de venta, o en almacenes de refrigeración.

evaporador de conveccion forzada

Cuando se utilizan ventilación para la succión o impulsión del aire con el fin de obligarle a pasar por entre los serpentines de tubo liso con o sin aletas metálicas, se trata de evaporadores de convección forzada. Son muy utilizados, y en grandes instalaciones los serpentines pueden ser secos o húmedos, tal como ya se ha explicado en apartados anteriores.

Enfriadores

Estos aparatos pueden clasificarse también por el tipo de fluido que se deba enfriar.

Como puede observarse, pueden utilizarse para enfriar líquidos o gases, generalmente aire.enfriador de tanque

Para enfriamiento de líquidos, en industrias de leche, mosto, vino, cerveza, agua, etc., pueden también emplearse distintos procedimientos.

En los de inmersión, los serpentines son de diversos diseños y están totalmente sumergidos en el líquido a enfriar. Son muy utilizados con refrigerantes clorofluorados (R12).

Cuando se utilizan R717 y R22, los sumergidos se fabrican con una disposición tubular transversal a base de unos rastrillos que se introducen en el líquido a enfriar. Tienen dos tubos de mayor diámetro junto con otros transversales de menor diámetro. Con ello se consigue aumentar el coeficiente global de transmisión y disminuir la pérdida de carga en el enfriador.

Los enfriadores de tipo tanque se utilizan para cualquier clase de líquidos, como el agua, salmuera, etc., u otros fluidos usados como refrigerantes secundarios.

Los de doble tubo a contracorriente consisten en dos tubos situados uno en el interior del otro; el fluido a enfriar circula en una dirección por el tubo interior, mientras que por el tubo exterior circula el refrigerante en sentido contrario. Debido a que ocupan mucho espacio se utilizan sólo en industrias del vino, cerveza, petróleo, etc.

Probablemente los más utilizados sean los enfriadores multitubulares, de envolverte o carcasa y tubos, verticales u horizontales, trabajando en expansión seca o inundados.

Según sean de uno u otro tipo, el líquido a enfriar pasa por el interior de los tubos o por la carcasa. Suele estar impulsado mediante una bomba de tipo centrífugo, siendo las dimensiones de la carcasa y el número de tubos muy variable, según las capacidades.

Para enfriar aire también pueden usarse dos modalidades: los enfriadores de tipo seco y los de tipo húmedo. En los de tipo seco existe una pared o superficie metálica de separación entre el aire y el fluido refrigerante a través de la cual se realiza el intercambio de calor. Los más usados son los evaporadores o baterías de convección forzada impulsando el aire a la cámara. En su parte inferior suelen levar una cubeta para recoger el agua de desescarche.

En los de tipo húmedo existe un contacto directo entre el aire y el fluido refrigerante normalmente agua pudiendo se del tipo de cascada o lluvia y haciendo circular aire a contracorriente. Aquí cuatro ejemplos:

Sistemas de Desescarche

El vapor de agua que se halla en suspensión en el aire que atraviesa el evaporador, cuya temperatura es inferior a la de la cámara, si está por debajo de los 0 °C se deposita en forma de escarcha sobre las paredes del evaporador. Además de las aperturas de puertas, con las consiguientes entradas de aire caliente y húmedo, los productos almacenados despiden también humedad, cristalizando el hielo y llegando a impedir el paso del aire, ya que al convertirse en un medio menos conductor, dificulta la debida transmisión térmica.

desescarcheTodo esto contribuye a que, al descender la temperatura del refrigerante en ebullición en el interior del evaporador, disminuya la producción frigorífica, aumente el tiempo de funcionamiento de los compresores y se eleve el grado higrométrico. Por ello, es necesario realizar periódicamente el desescarchado de los evaporadores. Para desescarchar el hielo formado a la temperatura que se encuentra en los evaporadores de una cámara, es preciso valerse de aportaciones de calor suplementarias para fundirlo. Los medios más utilizados en la refrigeración comercial e industrial son los siguientes:

  • Por agua
  • Por elementos de calefacción eléctrica
  • Por gas caliente procedente de la descarga del compresor

El primero de los sistemas se realiza por pulverización de agua. Una lluvia de agua a presión sobre las capas de hielo acumuladas en las aletas del evaporador, funde el hielo y limpia el evaporador. Es un sistema que se emplea cuando la temperatura de evaporación no es muy baja (por encima de los 4 °C), y es un buen método cuando el sistema de condensación es por agua, ya que así se puede aprovechar el agua recalentada que sale de los condensadores.

Normalmente, para instalaciones de congelados se utilizan más los otros sistemas, por lo que se hablará de cada uno de ellos en los siguientes apartados.

Descongelación por Resistencias Eléctricas

Es un sistema cómodo, fácil de instalar y relativamente sencillo de regular y controlar, por lo que puede decirse que es el más generalizado.

Un juego de resistencias eléctricas acopladas en el evaporador, en íntimo contacto con las aletas, se encarga de calentar el hielo hasta fundirlo por completo. Los problemas que pueden presentarse con este método son:

  • Calentamiento del refrigerante que pueda existir en el evaporador en fase líquida.
  • Una vez que termina el deshielo, las resistencias puedan permanecer conectadas, con el peligro de que se fundan, por aumentar su temperatura de forma excesiva y anormal.

Para ambos casos existe una solución. En el primero, debe efectuarse un proceso de vaciado previo. En el segundo, la instalación de un control, bien un termostato o presostato, que indique el final del ciclo de descongelación, elimina la posibilidad de fusión de las resistencias. El sistema de desescarche por resistencias eléctricas puede automatizarse de distintas maneras:

  • Mediante un reloj temporizador se controla el funcionamiento de la válvula solenoide de líquido, de los ventiladores y del juego de resistencias. Cuando el temporizador produzca un ciclo de desescarche, se pararán los ventiladores y cerrará la válvula solenoide. Entonces la instalación entra en un proceso de vacío, y las resistencias entran en servicio cuando pare el compresor, al estar este gobernado por un presostato de baja, necesita un tiempo antes de parar por baja presión.
  • Una vez realizado el desescarche controlado por tiempo, se volverá a abrir la válvula solenoide dejando pasar líquido; entonces, por aumento de presión en el circuito, el compresor volverá a activarse. Las resistencias y el compresor van enclavados y no pueden funcionar al mismo tiempo
  • Las resistencias suelen ir controladas por un termostato, que abre el circuito al conseguir la temperatura de consigna de final de desescarche, abriendo la válvula solenoide aunque no haya pasado el tiempo de desescarche.
  • Los ventiladores no se activarán inmediatamente después de acabado el desescarche, sino que se les dará un tiempo de retardo con el temporizador, o bien mediante un termostato que controle el ventilador. Dicho retardo es para evitar que se introduzca aire caliente en la cámara, pudiéndose restablecer la temperatura de servicio del evaporador.

Además, en el caso de quedar refrigerante líquido en el evaporador, éste se enfría rápidamente y se vaporiza, asegurando así que no se produzca ningún tipo de absorción líquida por parte del compresor, aunque dicho problema se soluciona colocando un acumulador de succión. La bandeja de desagüe va igualmente calefactada, para evitar que el agua o placas de hielo que caen se vuelvan a congelar.

Desescarche por Gases calientes

La energía calorífica que suministra una resistencia eléctrica de 1 kW durante una hora representa 860 kcal/h. La misma potencia eléctrica facilitada por el motor eléctrico que acciona un compresor frigorífico permite liberar en el evaporador una potencia frigorífica, variable según las condiciones de trabajo de la máquina, de alrededor de 1.800 kcal/h, y disipar por lo tanto en el condensador 2.600 kcal/h, o sea, 3 veces más de lo que facilitan los mismos kilowatios utilizados en las resistencias eléctricas.

La utilización de esta energía calorífica parece pues interesante para el desescarche, aunque debe reconocerse que el potencial térmico de esta energía calorífica (temperatura de gases de descarga), es menos elevado que el de la resistencia de calentamiento (temperatura superficial de la resistencia); de todos modos, es lo suficientemente elevado para obtener el desescarche de los evaporadores, por lo que el sistema es técnicamente muy atractivo.

No obstante, al ser reducido el calor específico de los vapores descargados por el compresor, la operación se haría muy larga si no se utilizase conjuntamente el calor latente de condensación de los gases, lo que implica la reevaporación del líquido formado en el evaporador durante el desescarche. Esta reevaporación puede lograrse de distintas maneras, lo que permite disponer de varios procedimientos:

  • Desescarche por sistema del reevaporador.
  • Desescarche por banco térmico (Thermo-bank)
  • Desescarche por inversión de ciclo

No vamos a explicar cada uno de estos sistemas, pero si conviene decir que, al igual que con la resistencia, hay que dar un tiempo de retardo de conexión de los ventiladores de los evaporadores, por los mismos motivos expuestos anteriormente.

Sin embargo, el desescarche por gases calientes también tiene una serie de inconvenientes que hay que tener en cuenta a la hora de realizar la instalación.

Entre estos inconvenientes está el que la entrada de líquido, en la mayoría de evaporadores, se efectúa normalmente por arriba, y la de succión por abajo. Cuando se invierte el ciclo,
este sistema da lugar a problemas de retorno de líquido, ya que el gas caliente entra por la base, lo que requiere que el evaporador se llene totalmente de líquido, antes de que pueda desaguar en el circuito líquido.

Este método no es recomendable, ya que para ello hay que incrementar la carga de refrigerante, y esto puede dar lugar a la necesidad de un depósito de líquido de mayor capacidad. Por lo tanto, se recomienda que la entrada de líquido del evaporador sea por abajo, por lo que requiere un evaporador de distinto diseño.

Otro pequeño problema que presenta el desescarche por gases calientes, es el hecho de que los motores de los compresores funcionan más tiempo que si se realiza por resistencias. Esto, cuando la instalación funciona en condiciones de régimen normal, no presenta ningún problema, ya que los motores trabajan entre 12 y 14 horas.

Ahora bien, cuando se presenta un caso de sobrecarga térmica (como ocurre en pleno verano) y la introducción de género es muy elevada, donde los compresores funcionan alrededor de 18 horas, si además se le suma el tiempo de desescarche, puede llegar a suponer un total de unas 20 horas, que son muchas horas de funcionamiento, pudiendo llegar a deteriorar la máquina por agotamiento. Esto, en una máquina de pequeña potencia, por ejemplo una vitrina, puede no suponer un problema grave, pero en máquinas grandes no sólo supone un costo elevado de dichas máquinas, sino que puede ser preciso tener que parar una instalación, o que las demás máquinas trabajen siempre al máximo rendimiento hasta su reposición.

Comentarios

  1. oscar leonel franco echeverry Abril 8, 2016 Reply
  2. Calabaza Agosto 7, 2016 Reply

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