Refrigeración

En los sistemas de climatización las enfriadoras son las máquinas que se encargan de generar frío para el recinto. Es importante conocer las bases de su funcionamiento para poder aplicar y entender como se genera el frío y que elementos intervienen.eoracinón

Ciclo de Carnot (EER, COP)

Este ciclo termodinámico se basa en extraer calor de una fuente a alta temperatura y cede el calor a una de baja temperatura con la ayuda de trabajo.

Foco frío, foco caliente y rendimiento

El foco frío sería la fuente de baja temperatura y el foco caliente la de baja temperatura

En el teorema de Carnot se establece que el rendimiento de una máquina térmica es siempre menor o igual que el de una máquina térmica reversible que opere entre las mismas temperaturas.  Suponiendo un gas ideal el rendimiento de una máquina térmica es:

rendimiento = 1 – Tf/Tc

Tf = temperatura del foco frío

Tc = temperatura del foco caliente

El ciclo de Carnot ideal es reversible y con él se obtiene el refrigerador de Carnot, que es el usado en las unidades de producción de frío.

Un refrigerador extrae calor del foco frío, ayudado por un trabajo, y arroja el calor en el foco caliente

¿Que es el coeficiente de eficiencia energética? COP y EER

Los números de EER y COP en aire acondicionado son una forma rápida de ver cómo la unidad de energía es eficiente es una unidad de aire acondicionado.

En el ciclo de Carnot inverso existe el coeficiente de eficiencia energética (energy efficiency ratio) o EER:

EER= Tf / (Tc-Tf)

Tf = temperatura del foco frío

Tc = temperatura del foco caliente

Este valor refleja la eficiencia máxima teórica que siempre será menor en la realidad.

El valor EER es un valor que mide la eficiencia energética del rendimiento de refrigeración.

A veces nos encontramos con un valor denominado COP (Coefficient of Performance) en eficiencia energética. Este valor expresa como un ciclo de Carnot inverso aporta calor a la fuente caliente extrayéndola del foco frío. Esto ocurre con el funcionamiento de las bombas de calor y al igual que en el EER expresa el máximo teórico:

COP = Tc / (Tc-Tf)

Tf = temperatura del foco frío

Tc = temperatura del foco caliente

El valor COP es un valor que mide la eficiencia energética del rendimiento de la calefacción.

Enfriadoras

Se basan en el ciclo inverso de Carnot para la producción de frío. Y como se genera frío.

Se introduce un fluido dentro de un circuito cerrado que recorre un compresor, un evaporado, un condensador y un sistema de expansión

La definición académica de enfriadora la aporta la UNE-EN 14511-1:2008, «un aparato montado en fábrica y concebido para la refrigeración de líquido utilizando un evaporador, un compresor de refrigerante, un condensador integrado o externo y los controles adecuados. Puede además tener dispositivos para calentar que pueden ser por inversión de ciclo refrigerante como en la bomba de calor».

Por qué enfría una enfriadora

Los elementos básicos de una enfriadora son el evaporador, el compresor, el condensador y la válvula de expansión. El recorrido del refrigerante en el circuito es sinuoso y pasa por diferentes estados dentro del circuito, de líquido a gas y vuelta a empezar.

El motivo de que se obtenga aire (u otro fluido com el agua) es que se produce un intercambio de calor entre dos fluidos a través de un elemento llamado evaporado. Un fluido es el refrigerante que se encuentra dentro de un circuito cerrado y por otro lado está el aire del lugar a climatizar.

Es más fácil entenderlo si hacemos un recorrido completo del fluido refrigerante dentro del circuito obtenemos las siguientes etapas:

• A la salida del condensador el refrigerante está en estado liquido y se dirige a la válvula de expansión.
• Pasa por la válvula de expansión para disminuir la presión para preparar el líquido refrigerante para el evaporador.
• En el evaporador se produce el intercambio de calor entre el lugar a refrigerar y el refrigerante que tiene como consecuencia que se enfría el aire al pasar por el evaporador y se convierta el refrigerante en un gas. Por lo tanto se en el evaporador se ha producido un cambio de fase del estado líquido a gaseoso en el refrigerante.
• El compresor recibe el refrigerante en estado gaseoso y con ayuda de la energía eléctrica (trabajo exterior) comprime el gas aumentando su presión y temperatura.
• Esta gas con una alta presión llega al condensador y se vuelve a realizar un intercambio de calor entre el refrigerante y otro fluido exterior (como el aire de la calle). Como consecuencia de esto se vuelve a convertir el refrigerante en líquido y por lo tanto se realiza otro cambio de estado. Aquí el ciclo volvería a comenzar.

Parámetro energéticos a tener en cuenta

Existen unos valores que expresan el balance energético en las enfriadoras y los rendimientos energéticos.

• Volumen de gas, vr (m3/s): cantidad de gas que en teoría circula en el compresor por segundo.
• Capacidad frigorífica o Potencia frigorífica total, Qf (kW): calor extraído por el equipo por unidad de tiempo.
• Potencia de compresión, Pc (kW): potencia eléctrica necesaria para el funcionamiento del equipo (compresor, ventiladores, elementos de control), no se refiere solo al compresor aunque este es el que tiene mayor consumo.
• Coeficiente de eficiencia energética teórico EER o EER de Carnot

EER teórico = Tf/(Tc-Tf)

• Coeficiente de eficiencia energética real: Expresa la relación entre la capacidad frigorífica y la potencia de compresión.

EER real = Qf/Pc

Estos últimos son los valores que un experto en eficiencia energética debe tener en cuenta a la hora de realizar una auditoría, la elección de un equipo de climatización o un certificado de eficiencia energética.

Tipos de unidades de generación de frío

La principal clasificación de las enfriadoras es si el evaporador está en contacto con el medio a enfriar. Si existe un contacto directo se trata de equipos autónomos o de expansión directa.

Si el evaporador enfría un fluido secundario que se hace circular para enfriar el medio se trata de equipos centralizados o de expansión indirecta.