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Cómo funcionan los refrigerantes en los sistemas HVAC

septiembre 7, 2021

Para que un refrigerante sea eficaz, la energía térmica debe moverse alrededor del sistema de aire acondicionado o HVAC. Esto es válido para todo tipo de sistema de refrigeración, incluida una unidad industrial, una pequeña unidad de aire acondicionado y el frigorífico de la cocina de una casa. Todas estas unidades funcionan de la misma manera. Se pasa un refrigerante entre los componentes principales del evaporador, el dispositivo de expansión, el condensador y el enfriador para tomar el calor no deseado de una ubicación específica, como una casa u oficina, y enviar el calor al exterior. Este proceso es cómo el HVAC enfría el edificio.

La ebullición y evaporación del refrigerante

El término refrigerante se refiere a un fluido que se puede hervir fácilmente. Esto convierte el refrigerante de líquido a vapor. El refrigerante también se puede condensar para volver a su forma líquida desde un vapor. Para ser efectivo, este proceso debe ocurrir continuamente una y otra vez. El agua es un buen ejemplo de refrigerante. Esto se debe a que el agua es segura y fácil de usar y puede evaporarse y condensarse. El agua se utiliza a menudo como refrigerante en enfriadores de absorción porque es eficaz y segura para este propósito. La razón por la que el agua no se usa comúnmente como refrigerante para unidades de aire acondicionado y sistemas HVAC es porque los refrigerantes se crean específicamente para este propósito. Este tipo de refrigerante puede funcionar con mucha más eficiencia que el agua.

Los puntos de ebullición y los tipos de refrigerantes

Una aplicación HVAC puede ayudar a determinar el tipo de refrigerante que requiere el HVAC. Algunos de los refrigerantes más comunes actualmente disponibles incluyen R410A, R134A y R22.

Es importante tener en cuenta que las regulaciones y leyes con respecto a los refrigerantes se están endureciendo. Es posible que muchos de los refrigerantes actuales se eliminen por completo a medida que pase el tiempo. Un punto en común entre todos estos refrigerantes es que su punto de ebullición es extremadamente bajo en comparación con el agua. Esto significa que no se requiere tanta energía térmica para que el refrigerante se evapore y se convierta en vapor. Esto permite que el refrigerante extraiga calor mucho más rápido.

La forma en que funciona un compresor

La forma en que el refrigerante puede moverse por el sistema HVAC comienza con el compresor. Esto se debe a que el compresor es el corazón de todo el sistema HVAC. Esto obliga al refrigerante a moverse alrededor de todos los componentes contenidos en el sistema de refrigeración. Cuando el refrigerante entra inicialmente, es un vapor saturado con baja presión y baja temperatura. A medida que el compresor aspira el refrigerante, se comprime rápidamente. Luego, las moléculas se juntan para que puedan caber en un área mucho más pequeña.

Estas moléculas siempre están rebotando. Una vez que se han comprimido en un área más pequeña, comienzan a chocar entre sí con más frecuencia. Estas colisiones convierten esta energía cinética en calor. Mientras esto sucede, toda la energía que pone el compresor se convierte en energía interna que utiliza el refrigerante. El resultado final es un aumento interno de presión, temperatura, entalpía y energía del refrigerante. El principio es muy similar al uso de una bomba de bicicleta. A medida que aumenta la presión, la bomba se calienta mucho.

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La forma en que funciona un condensador

El siguiente paso es cuando el refrigerante pasa al condensador. El condensador rechaza todo el calor indeseable directamente a la atmósfera. Esto incluye todo el calor del interior del compresor además del calor del edificio. El refrigerante debe estar a una temperatura más alta cuando ingresa al condensador que el aire ambiente circundante o el calor no podrá transferirse. Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura, más fácil será la transferencia de calor. El refrigerante es un vapor sobrecalentado cuando entra a alta temperatura y presión.

Luego, el refrigerante pasa a lo largo de los tubos del condensador. Mientras esto sucede, los ventiladores impulsan aire a través del condensador para eliminar la energía no deseada cuando se encuentra en un sistema enfriado por aire. Esto se parece mucho a soplar una taza de café caliente para ayudar a que se enfríe. El calor se elimina del refrigerante a medida que el aire pasa a través de los tubos. Una vez que el refrigerante comienza a ceder el calor, se condensa en forma líquida. Esto significa que cuando el refrigerante sale del condensador, se convierte en un líquido saturado. El líquido permanece a una presión más alta, pero ha disminuido tanto en entropía como en entalpía, además de estar ligeramente más frío.

La forma en que funciona el evaporador

El proceso luego lleva el refrigerante a la válvula de expansión. El flujo de refrigeración se mide mediante la válvula de expansión cuando ingresa al evaporador. Un buen ejemplo sería una válvula de expansión térmica. Este tipo de válvula retiene el refrigerante y crea lados de alta y baja presión. Luego, la válvula hace ajustes para permitir que fluyan algunos de los refrigerantes. Este refrigerante se convertirá en parte vapor y en parte líquido. A medida que pasa el refrigerante, se expande en un intento de llenar el vacío. La expansión provoca una reducción de la temperatura y la presión del refrigerante. Esto es muy similar a sostener una lata de aerosol. Cuando se mantiene presionado el gatillo, el refrigerante puede escapar de la válvula de expansión a baja temperatura y presión antes de dirigirse directamente al evaporador.

El refrigerante es recibido por el evaporador antes de que otro ventilador impulse el aire caliente de la habitación a través de las bobinas del evaporador. Dado que la temperatura del aire en la habitación es mayor que la temperatura más fría del refrigerante, es capaz de absorber mucha más energía. Luego, el refrigerante se puede hervir por completo hasta que se convierta en vapor. Cuando se calienta una olla con agua, el agua se evapora debido al calor. El agua se convierte en vapor de agua capaz de llevarse el calor. El proceso de refrigerante es muy similar. Si la mano se colocara directamente sobre el vapor ascendente, se sentiría extremadamente caliente y podría quemarse. El punto de ebullición de un refrigerante es bajo, por lo que puede hervirse hasta convertirse en vapor a través de la temperatura del aire en la habitación.

El refrigerante está a baja temperatura en forma de vapor a baja presión cuando sale del evaporador. Mucha gente está confundida porque solo hay un ligero cambio de temperatura. La razón por la que la temperatura no aumenta drásticamente es porque pasó por el cambio de ser un líquido a convertirse en un vapor. Esto significa que los enlaces ubicados entre las moléculas se rompieron por la energía térmica. La entropía y la entalpía han aumentado y aquí es donde va la energía. Una vez que el líquido ha dejado de cambiar, la temperatura ya no cambiará. Todo esto es lo básico del funcionamiento de los refrigerantes en un sistema HVAC y cómo pueden enfriar eficazmente el hogar o la oficina.

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