EVAPORADORES INUNDADOS

VALVULAS DE FLOTADOR DE

ALTA Y BAJA PRESION

Evaporadores según alimentación de refrigerante

Los evaporadores pueden ser clasificados de acuerdo al método de alimentación del líquido como de expansión seca, inundados, o líquidos sobrealimentados. Con el método de expansión seca la cantidad de líquido refrigerante alimentado al evaporador está limitada a la cantidad que pueda ser completamente vaporizado durante el tiempo de llegada hasta el extremo final del evaporador, de tal manera que solo llegue vapor a la línea de succión. La válvula generalmente empleada con este método para el control del flujo de refrigerante es de expansión termostática o de tubo capilar. Para estar seguro de tener completa vaporización del refrigerante en el evaporador y prevenir así el llevar líquido en la tubería de succión al compresor, se permite un sobrecalentamiento de 10°F al final del evaporador, esto requiere aproximadamente del 10% al 20% de la superficie total del evaporador.

Una parte de cada masa unitaria de refrigerante circulado se vaporiza en la válvula del control del refrigerante a medida que la presión es reducida desde la presión condensante hasta la presión del evaporador. Con el evaporador de alimentación de expansión seca el gas resultante entra al evaporador junto con el líquido resultante, el cual se vaporiza progresivamente a medida que el refrigerante pasa a través del evaporador. De lo anterior, es evidente que el refrigerante en la última parte del evaporador no trabaja tan efectivamente como la parte a la entrada del evaporador en donde se tiene una gran parte del refrigerante en la fase del líquido.

Es por está razón que en un evaporador de expansión seca, la superficie del serpentín siempre es mas bajo en la parte a la entrada del refrigerante y su valor mas alto se tiene cerca de la salida, a pesar del hecho de que la temperatura de saturación del refrigerante es mas baja en la salida debido a la caída de presión que experimenta el refrigerante al fluir a través del evaporador.

En tanto que los evaporadores de expansión seca son algo menos eficiente que el de tipo inundado o de sobrealimentación del líquido, son por lo general mucho más simples en su diseño, su costo inicial es mas bajo, requiere mucho menos carga de refrigerante y tienen menos problemas que los demás en lo que respecta al regreso del aceite. Por estas razones el evaporador de expansión seca es el tipo más popular. Esto en particular es cierto para sistemas que emplean refrigerantes halocarburos, ya que con los evaporadores inundados a veces es difícil el regreso del aceite.

Los evaporadores inundados trabajan con refrigerante líquido con lo cual se llenan por completo a fin de tener humedecida toda la superficie interior del tubo y en consecuencia la mayor razón posible de transferencia de calor. El evaporador inundado está equipado con un acumulador o colector de vapor que sirve como receptor líquido desde el cual el refrigerante líquido es circulado por gravedad a través de los circuitos del evaporador. El nivel del líquido en evaporador se mantiene más bajo o más alto mediante un control de flotador y, el vapor generado por la acción de ebullición del refrigerante en los tubos se separa del líquido en la parte superior del acumulador de donde es sacado directamente a través de la línea de succión con el gas que se forma como consecuencia de la reducción de presión del refrigerante desde la presión en el condensador hasta la presión que se tiene en el evaporador. Se debe observar que el gas instantáneamente formado no circula por la parte de transferencia de calor del evaporador.

Un evaporador sobrealimentado es aquel en el cual la cantidad de refrigerante líquido en circulación a través del evaporador ocurre con considerable exceso y que además puede ser vaporizado. El exceso del líquido es separado del vapor en un receptor de baja presión o acumulador y es recirculado hacia el evaporador, mientras que el vapor es extraído por la succión del compresor. Los rangos de razón de circulación son desde un valor de 2 a 1 hasta valores altos de 6 ó 7 a 1, se usan los rangos altos con amoniaco y los bajos con los refrigerantes 12, 22, y 502. Un rango de circulación de 3 a 1 indica que se tiene en circulación tres tantos de líquido circulando que pueden ser vaporizados, en cuyo caso la composición de refrigerante en el cubo de regreso al acumulador estará compuesta por peso, de dos partes de líquido y una parte de vapor. Con una recirculación adecuada del líquido el humedecimiento de la superficie interior del tubo y el rendimiento en los evaporadores sobrealimentados son similares a los que se tienen con aquellos que trabajan completamente inundados. La razón óptima de recirculación para tener el mejor rendimiento en el evaporador, varía con un gran número de factores y a veces es difícil de predecirlas. A fin de lograr el rendimiento estipulado, es importante que el fabricante de evaporadores haga recomendaciones lo más aproximadas posibles. Como en el caso de evaporadores de expansión seca, el flujo de líquido en los evaporadores sobrealimentados es controlado por algún dispositivo de medición, por lo general una válvula de expansión manual o un orificio diseñado o ajustado para obtener el flujo máximo necesario para cuando se tengan las cargas pico.

Los evaporadores sobrealimentados son mas comúnmente utilizados en sistemas de evaporador múltiple, resultando más económicos. Mientras que para un evaporador simple se tienen pocas dificultades para controlar la razón de recirculación, el balanceo en un sistema de evaporador múltiple es más tedioso, pero se facilita más al aumentarse la razón de recirculación. Por este motivo, las razones de recirculación generalmente son mayores para un sistema de evaporador múltiple que para un evaporador simple. A fin de prevenir una sobrealimentación excesiva en los evaporadores activos, se instala una válvula de desahogo en el lado de descarga de la bomba para regresar líquido al receptor de baja presión cuando no están funcionando uno o más de los evaporadores del sistema.

• Control en el Evaporador Inundado

Los controles de flujo refrigerante empleados con evaporadores inundados son por lo general tipo flotador. El control de flotador consiste en un miembro boyante (bola hueca de metal, cilindro o cuenco) el cual es responsable del nivel del líquido refrigerante, por lo que también actúa para abrir y cerrar la válvula a fin de admitir una mayor o menor cantidad de refrigerante, de acuerdo a los cambios en el nivel de líquido que se tiene dentro de la cámara del flotador. La cámara del flotador puede quedar localizada ya sea en el lado de baja o alta presión del sistema. Cuando el flotador está localizado en el lado de baja presión del sistema, el control del flotador se le llama control de flotador de baja presión. Cuando el flotador está localizado en el lado de alta presión del sistema se le conoce como control de flotador de alta presión.

La principal ventaja del evaporador inundado estriba en la capacidad y alta eficiencia del evaporador así obtenida. Con funcionamiento inundado el refrigerante predominantemente está líquido en todas partes del evaporador, con lo que se obtiene un alto coeficiente refrigerante en la superficie del tubo en el lado del refrigerante, en comparación con el obtenido en el evaporador tipo expansión seca, donde predominantemente el refrigerante está en estado de vapor, sobre todo en la última parte del evaporador. Por esta razón, los controles del flotador (evaporadores inundados) son muy usados en instalaciones grandes para enfriamiento de líquidos donde se aprovecha la ventaja del alto valor del coeficiente de conductancia en el lado del refrigerante. Por otra parte, este tipo de control raras veces se usa en instalaciones pequeñas, debido a su volumen y a la carga grande necesaria de refrigerante, en estos casos se usa la válvula de expansión termostática o el tubo capilar, el cual es muy simple y económico.

• Control de flotador de presión baja

El control de flotador de presión baja (flotador en el lado de baja presión) actúa para mantener un nivel constante de líquido en el evaporador inundado regulando el flujo de refrigerante líquido hacia la unidad, de acuerdo con la rapidez a la cual el suministro de líquido está siendo agotado por vaporización. Este responde sólo al nivel del líquido del evaporador y mantendrá lleno de refrigerante líquido al evaporador hasta el nivel deseado, para todas las condiciones de carga e independientemente de la temperatura y presión que se tenga en el evaporador.

La operación del flotador de presión baja puede ser continua o intermitente. Para operación continua, la válvula de flotador de presión baja tiene una acción estranguladora en la que esta modula hacia la posición de abrir o cerrar para suministrar más o menos líquido hacia el evaporador en respuesta directa a los cambios mínimos que se tengan en el nivel del líquido del evaporador. Para operación intermitente, la válvula está diseñada para que responda sólo a los niveles mínimos y máximos del líquido, en cuyos puntos la válvula podrá estar completamente abierta o cerrada de acuerdo a la posición que se tenga en el mecanismo Togle que acciona la válvula.

El flotador de presión baja puede instalarse directamente en el evaporador o en el acumulador en cuya unidad se estaría controlando el nivel del líquido o también puede instalarse en un lugar fuera de estas unidades en una cámara de flotador separada.

Para sistemas de gran capacidad, por lo general se instala en un tubo de desviación una válvula de expansión manual cerca de la válvula del flotador a fin de proporcionar refrigeración en el caso de que fallara la válvula de flotador. Generalmente, también se instalan válvulas de cierre manuales a ambos lados de la válvula del flotador de tal modo que esta última puede quedar aislada del sistema sin necesidad de evacuar la carga del refrigerante del evaporador.

• Control de flotador de presión alta

Al igual que la válvula de flotador de baja, la válvula de flotador de alta controla el flujo refrigerante para tener un determinado nivel de líquido en el evaporador de acuerdo con la rapidez a la cual el líquido está siendo vaporizado. Sin embargo mientras la válvula de flotador de baja controla directamente el nivel del líquido en el evaporador, la válvula de flotador de alta está localizada en el lado de presión alta del sistema y controla indirectamente la cantidad de líquido en la cámara del flotador la cual se encuentra a alta presión.

El principio de operación de la válvula de flotador de presión alta es relativamente simple. El vapor refrigerante del evaporador se condensa y cambia a liquido en el condensador, después pasa hacia la cámara del flotador haciendo subir el nivel de líquido, causando así que suba la bola del flotador para abrir la lumbrera de la válvula, de manera que una cantidad proporcional de líquido es descargada de la cámara del flotador para suministrar líquido al evaporador. Debido a que siempre se condensa vapor en el condensador a la misma rapidez que el líquido es vaporizado en el evaporador, la válvula de flotador de alta estará continua y automáticamente alimentando el líquido de regreso al evaporador a una rapidez que es proporcional a la rapidez de vaporización independientemente de la carga del sistema. Cuando para el compresor, baja el nivel del líquido en la cámara de flotador y permanece cerrada hasta que nuevamente arranque el compresor.

Debido a que la válvula de flotador de presión alta permite que solo una pequeña cantidad de refrigerante permanezca en el lado de alta presión del sistema, se deduce que el mayor volumen de carga refrigerante siempre estará en el evaporador y que es critica la carga de refrigerante. Una sobrecarga de refrigerante hará que la válvula de flotador sobrealimente al evaporador provocando que una corriente de líquido regrese al compresor. Además si el sistema está muy sobrecargado, la válvula de flotador no estrangulará al flujo del liquido lo suficiente para permitirle al compresor reducir la presión en el evaporador hasta el nivel bajo deseado. Por otra parte, si el sistema tiene una carga limitada, la operación del flotador será errática y el evaporador quedará limitado.

La válvula de flotador de presión alta puede ser usada con un evaporador de expansión seca o con una de evaporador de tipo inundado.

En el evaporador inundado, el refrigerante líquido es expandido dentro del tambor de oleaje (o receptor de presión baja) desde donde fluirá hacia el evaporador a través del tubo vertical que sale por el fondo del tambor de oleaje. El vapor de la succión es retirado de la parte superior del tambor de oleaje a medida que se forma el gas debido a la expansión del líquido al pasar este a través de la válvula de flotador. Para evitar que el líquido inundado regrese durante los cambios de la carga, el tambor de oleaje deberá tener por lo menos un volumen igual al 25% del volumen del evaporador.

A diferencia del control de flotador de presión baja, el control de flotador de alta, estando independiente del nivel del líquido del evaporador, puede instalarse por arriba o por debajo de dicha unidad. Sin embargo, la válvula de flotador deberá estar localizada tan cerca como sea posible del evaporador y estar siempre colocada en un tubo horizontal con el fin de asegurar la acción libre de la válvula de flotador y del ensamble de la válvula.

Debido a sus características de operación, el control de flotador de presión alta no puede ser usado en múltiple o en paralelo con otros tipos de control de flujo refrigerante.

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