Funcionamiento del dispositivo
Se conoce por evaporador al intercambiador de calor donde
se produce el intercambio térmico entre el refrigerante y el medio a enfriar.
Su nombre proviene del cambio de estado sufrido por el refrigerante al recibir
esta energía, luego de una brusca expansión que reduce su temperatura. Durante
el proceso de evaporación, el fluido pasa del estado líquido al gaseoso.
Los evaporadores se encuentran en todos los sistemas de
refrigeración como neveras, equipos de aire acondicionado y cámaras
frigoríficas. Su diseño, tamaño y capacidad depende de la aplicación y carga
térmica de cada uso. En los evaporadores inundados la transmisión de calor es
uniforme, en los secos es una mezcla de gas y líquido pulverizado.
En los sistemas frigoríficos el evaporador opera como
intercambiador de calor, por cuyo interior fluye el refrigerante el cual cambia
su estado de líquido a vapor. Este cambio de estado permite absorber el calor
sensible contenido alrededor del evaporador y de esta manera el gas, al abandonar
el evaporador lo hace con una energía interna notablemente superior debido al
aumento de su entalpía, cumpliéndose así el fenómeno de refrigeración. La
cantidad de calor que absorbe el evaporador depende de la superficie, la
diferencia de temperatura (entre el exterior y la temperatura de evaporación) y
el coeficiente de transmisión de calor (K) que es el material que empleamos.
El flujo de refrigerante en estado líquido es controlado
por un dispositivo o válvula de expansión la cual genera una abrupta caída de
presión en la entrada del evaporador. En los sistemas de expansión directa,
esta válvula despide una fina mezcla de líquido y vapor a baja presión y
temperatura. Debido a las propiedades termodinámicas de los gases refrigerantes,
este descenso de presión está asociado a un cambio de estado y, lo que es más
importante aún, al descenso en la temperatura del mismo.
De esta manera, el evaporador absorbe el calor sensible
del medio a refrigerar transformándolo en calor latente el cual queda
incorporado al refrigerante en estado de vapor. Este calor latente será
disipado en otro intercambiador de calor del sistema de refrigeración por
compresión conocido como condensador dentro del cual se genera el cambio de
estado inverso, es decir, de vapor a líquido.
Diagrama esquemático, partes del evaporador y tipos
Diagrama esquemático
Las partes esenciales de un evaporador son la cámara de
calefacción y la cámara de evaporación. El haz de tubos corresponde a una
cámara y la coraza corresponde a la otra cámara. La coraza es un cuerpo
cilíndrico en cuyo interior está el haz de tubos. Las dos cámaras están
separadas por la superficie sólida de los tubos, a través de la cual tiene
lugar el intercambio de calor. La forma y la disposición de estas cámaras,
diseñadas para que la eficacia sea máxima, da lugar a distintos tipos de
evaporadores.
Podemos clasificar los evaporadores en dos grandes
grupos:
- Evaporadores de tubos horizontales. El vapor calefactor
es vapor de agua saturado que cede su calor de condensación y sale como agua
líquida a la misma temperatura y presión de entrada. Este evaporador se
denomina de tubos horizontales porque los tubos están dispuestos
horizontalmente.
- Evaporadores de tubos verticales. Se denominan así
porque el haz de tubos está dispuestos verticalmente dentro de la coraza. La
evaporación tiene lugar dentro de los tubos, saliendo por la parte superior el
disolvente evaporado y por la parte inferior la disolución concentrada. El
vapor calefactor entra por encima del haz de tubos y sale como agua condensada.
Propiedades de estado de entrada y salida
Consideraciones
- El trabajo es despreciable.
- Utilizamos el calor para relacionar ambos fluidos.
- La energía potencial es despreciable.
- La energía cinética si no nos hablan del diámetro de las tuberías es cero, si este dato es dado la energía cinética tendrá un valor diferente de cero.
Propiedades de entrada
- El fluido al entrar por eb esta en líquido o mezcla saturada.
- La temperatura en la entrada a (ea) es menor a la temperatura en la entrada b (eb).
Propiedades de salida
- El fluido al salir por sb es un vapor sobrecalentado.
- La temperatura de salida en a es menor que la temperatura de salida b.
- La presión en la salida a es igual a la presión de entrada a.
- La presión en la salida b es igual a la presión de entrada b.
Relaciones entre las propiedades de entrada y salida
Ecuación de continuidad de un evaporador
Primera ley de la termodinámica para un evaporador
Video explicativo del funcionamiento del dispositivo
Links
- Mantenimiento: http://www.mundohvacr.com.mx/mundo/2011/11/mantenimiento-de-evaporadores/
- Diseño, construcción e instalación de un evaporador inundado: http://expodime.cucei.udg.mx/vexpo/Oct2002/pdf/EXPODIME_13.PDF
- Diferentes diseños de evaporadores: http://www.slideshare.net/Dagumu/evaporadores-9897232
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