¿Cómo crear frío? El Ciclo de Refrigeración [1/2]

Pensemos por un momento en dos situaciones diferentes. Es invierno, y entramos a una casa de campo, vacía, en la que entre titiriteos queremos algo de calor. ¿Cómo lo hacemos? Así, de primera mano, seguro que nos viene a la mente sellar todas las ventanas y puertas, y encender en la chimenea un fuego que haga de ese lugar algo más acogedor. Nos hemos asentado en esa vivienda, y tras unos meses llega el verano, pleno agosto, y un sol abrasador ha alcanzado ya el cenit, bañando con su cálido aliento todo lo que bajo él se encuentra. Por algún motivo no tenemos nevera, y necesitamos guardar los alimentos en una habitación cerrada con baja temperatura para que no se echen a perder rápidamente. Queremos, básicamente, construir nuestra propia nevera. Si bien en el primer caso pudimos crear calor tan fácilmente, ¿se les ocurre alguna manera de generar frío? La respuesta ya no es tan trivial.

Hasta hace relativamente poco tiempo, era impensable poder crear frío, pero hoy en día vemos a nuestro alrededor aires acondicionados, neveras, y otros dispositivos que consiguen hacer que la temperatura disminuya. Esto lo logran gracias al llamado Ciclo de Refrigeración. En este artículo explicaremos en concreto cómo funciona el Ciclo de Refrigeración por compresión simple y los elementos de los que dispone.

Vamos a partir del esquema del circuito mostrado en la siguiente imagen, y lo recorreremos punto por punto viendo los elementos que lo componen y cómo se comporta en ellos el elemento principal de este circuito: el fluido refrigerante.

Ciclo de Refrigeracion

 El Ciclo de Refrigeración se basa en que variando las presiones, lograremos obtener distintas temperaturas en el fluido, y que pase a tener distintas temperaturas de ebullición.

Vamos a partir desde el punto 2, en el que el fluido (en estado líquido) va hacia la válvula de expansión. Dentro de la válvula de expansión se disminuye la presión hasta la llamada presión de baja, para hacer que el líquido comience a pasar a vapor.

De aquí sale una mezcla líquido-vapor, que va hacia el evaporador a una baja temperatura, pasando por el punto 3. 

Suponiendo que estemos utilizando el refrigerante R-22 (que es el que pondremos más tarde como ejemplo de gráfica), y estemos trabajando a una presión de baja de 0,4 MPa, la temperatura a la que la mezcla entra en el evaporador es de -0,8ºC. Esta parte se entenderá mejor en la explicación con las gráficas, pero necesitamos este dato para poder decir que es el evaporador el que crea el frío, por ejemplo, dentro de una nevera. Al encontrarse el fluido a una temperatura tan baja como la mencionada, es capaz de robar el calor del interior de la nevera, y así hacer que la temperatura en ella disminuya notablemente.

Únicamente con estos dos elementos podríamos ya tener construida nuestra neverita casera, suponiendo que tengamos una fuente ilimitada del fluido. Pero como esto no ocurre, y los fluidos refrigerantes hay que pagarlos, se hace necesario idear una manera de que desde la salida del evaporador en estado de vapor, podamos volver en el estado inicial del fluido a la válvula de expansión. Es aquí cuando entran en juego el compresor y el condensador.

En el punto 4, el fluido refrigerante va a entrar al compresor, cuya función es aumentar la presión (o, como su mismo nombre indica, comprimir el vapor reduciendo el volumen). Aquí está a la que llamaremos, presión de alta. Como la presión sube, la temperatura del fluido también aumenta considerablemente.

A continuación, el fluido circula hacia el condensador, que en su interior tiene un conducto serpenteante por el que irá nuestro refrigerante. El condensador se encarga de enfriar el fluido, y de condensarlo para volver de nuevo al estado líquido inicial (sin variar la presión, que sigue siendo de alta). Así, hemos vuelto a las condiciones iniciales, de estado líquido a presión de alta. Volverá a entrar a la válvula de expansión, y se seguirá repitiendo el proceso constantemente.

NOTA: La válvula de expansión produce, como hemos visto, una caída de presión. En lugar de eso, las neveras de casa utilizan dos tubos capilares, y cada uno va a un evaporador. Como trabajan a la misma presión, es usual encontrarlo representado con una única línea llamada tubo capilar, en el lugar donde nosotros hemos colocado la válvula de expansión. No obstante, producen el mismo efecto, que es la mencionada bajada de presión.

Rubén Lijó

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Imágenes: 1, 2. La visión esquemática del ciclo de refrigeración y de la válvula de expansión han sido elaboradas por el autor de este post. Siéntete libre de utilizarlas si te fuesen útiles.

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16 Comentarios en “¿Cómo crear frío? El Ciclo de Refrigeración [1/2]”

  1. Avatar
    precios estufas de pellets agosto 14, 2014 at 6:23 pm #

    Enhorabuena! y mil gracias!

    Deber

  2. Avatar
    barbacoa piedra volcanica agosto 14, 2014 at 3:14 am #

    Bienvenida! y muchas gracias!

    Deber

  3. Avatar
    aracely agosto 9, 2014 at 7:00 pm #

    que es el friae por favor hagan esa pregunta

    • Avatar
      Josè Luis agosto 14, 2014 at 4:22 am #

      En si el frio no exixte, se entiende como la ausencia del calor

  4. Avatar
    Jordi mayo 31, 2013 at 12:54 pm #

    Me gustaria que alguien explicase como funcionan las neveras con gas butano

    • Avatar
      José Luis junio 1, 2013 at 5:29 am #

      Jordi, es muy sencillo,el gas butano-propano es expansionado atraves de la válvula hacia el evaporador,toda expansión disminuye la temperatura, así el gas al salir del evaporador es pasado exteriormente a un quemador,pequeño piloto para combustiónar el gas ya usado, después de un determinado tiempo es agotado y requiere de cambio de recipiente , este sistema fue utilizado en áreas rurales, inclusive los equipos eran de madera. Con esto espero haber contestado tu duda, quedo a tu disposición para futuras preguntas. Saludos desde México .

  5. Avatar
    Azael mayo 30, 2012 at 5:09 am #

    "OJO el frio no existe 😀 se llama Ausencia de Calor"

  6. Avatar
    jose luis febrero 14, 2012 at 4:10 pm #

    Insisto, el esquema presentado esta mal, el ciclo bebe rotar en sentido contrario a las manecillas del reloj. es decir el calor rechazado bebe ser mayor que el calor añadido, es un ciclo invertido, a partir de trabajo lo convertimos en calor, a diferencia de un ciclo de potencia el calor lo convertimos en trabajo, tanto el evaporador( evapora) y el condensador(condensa) son intercambiadores de calor, el evaporador añade calor y por tanto realiza la refrigeracion siempre y cuando su temperatura este por bebajo del sumidero universal, falso que la valvula realize la refrigeracion, no confundir temperatura con calor, la valvula posiciona a una temperatura predeterminada al fluido que realizara la refrigeracion y el evaporador la realiza, todo fluido que se evapora absorve calor, por tanto aumenta su entropia, de ahi es donde se realiza la refrigeracion
    Tengo 40 años impartiendo esta materia en la universidad

  7. Avatar
    Jose Miguel febrero 13, 2012 at 7:37 pm #

    Yo creo que el esquema es correcto, di un curso no hace mucho de frío y calor y el esquema es el mismo, el frío no se produce en el evaporador como dice Jose Luis, sino a la salida de la válvula de expansión, al evaporador llega ya el fluido frío y el evaporador es como el radiador de un coche, lleva un ventilador que hace atravesar el aire caliente de la habitación a través de ese radiador o evaporador que está frío y por eso sale aire frío. Del otro lado el condensador que está en la calle recircula a través de él el fluido a alta presión y temperatura y lleva un ventilador que hace enfriar el fluido un poco, este aire que sale de la máquina está muy caliente. La bomba de calor es el mismo sistema pero al revés.

  8. Avatar
    Victor Tagua febrero 12, 2012 at 10:50 am #

    A ver si algún químico se anima también a hacer una entrada sobre cómo generar frío químicamente, como podría hacerse con el nitrato de amonio que ya tiene además algunas apliciones

    • Avatar
      Rubén Lijó febrero 12, 2012 at 10:32 pm #

      ¡Estaría genial ver ese otro modo de disminuir la temperatura! Yo no lo conozco, así que me acaba de picar la curiosidad, jeje.

      ¡Un abrazo, Víctor!
      Gracias por pasarte por aquí 🙂

  9. Avatar
    jose luis febrero 10, 2012 at 4:56 am #

    Considero que el ciclo de refrigeracion mencionado esta mal descrito, primero porque debe girar en sentido contrarario alas manecillas del reloj, es decir es el evaporadoe el que realiza la refrigeracion, ya que toda evaporacion requiere calor, de ahi es donde se realiza la refrigeracion, el compresor comprime el gas, bomba de vapor, el condensador lo condensa a liquido saturado a subenfriado, la valvala lo extrangula para bajar su presion hasta la temperatura deseada a enfriar, es decir lo conforman 2 procesos a presion constante, evaporador y condensador, 1 adiabatico, compression y oto de extrangulacion isoentalmico, favor de corregir

    • Avatar
      Rubén Lijó febrero 10, 2012 at 4:39 pm #

      ¡Muy buenas tardes, José Luis!
      En primer lugar, gracias por visitar Hablando de Ciencia y por leer el artículo.

      Quería comentarte que realmente lo que estás comentando es lo que se explica en el artículo. La disposición de los elementos (vaya el fluido en sentido horario o antihorario) es, en orden, "evaporador", "compresor", "condensador", y "válvula de expansión". Dado que la imagen de arriba es una visión esquemática de un dispositivo real, a efectos prácticos es igual pensar que el fluido va en un sentido o en otro (siempre teniendo en cuenta que si variamos el sentido del fluido debemos disponer los distintos elementos de manera que satisfagan el orden anteriormente nombrado).

      Así que, según esto, no veo el error. Sin embargo, si me he equivocado en algo estaré encantado de corregirlo en caso de que vea el fallo.
      ¡Un saludo!

      • Avatar
        Jaime De La Ossa noviembre 9, 2012 at 12:06 am #

        Deberías revisarlo con cuidado porque él argumenta que eso es lo que ha estado enseñando durante 40 años. Son palabras mayores.

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