Ingeniería electromecánica & Cadena de Frío
Publicidad

Sistema Básico de Refrigeración Doméstica y Diagrama de Mollier (P-h) Paso a Paso

Curso Técnico Interactivo • Refrigeración Doméstica Por: Jesús Rafael Layme

Sistema Básico de Refrigeración Doméstica y Diagrama de Mollier (P-h)

Aprende de forma visual e interactiva la termodinámica del ciclo frigorífico doméstico, la anatomía interna del motocompresor hermético, las curvas de presión-temperatura y el comportamiento del refrigerante en el Diagrama de Mollier.

Módulo 1 de 5 (20%)

1. Principios Físicos y Esquema Básico de Refrigeración Doméstica

Refrigeración significa extracción del calor: para conseguir que un cuerpo adquiera una temperatura inferior a la del medio ambiente que le rodea (es decir, que se enfríe), el proceso se basa en la absorción del calor que se produce al evaporarse un líquido.

❄️ ¿Por qué se dice que «el frío no existe»?

Por definición física, llamamos frío a la ausencia de calor. El frío es en realidad una pérdida de energía térmica; en concreto, llamamos frío a la capacidad sensorial que tenemos de percibir esa diferencia de temperatura cuando un cuerpo cede calor.

🔄 Secuencia Termodinámica del Frío

El flujo energético sigue 4 pasos ininterrumpidos:

1️⃣ Cuerpo Caliente (alimentos/aire interior) $\rightarrow$ 2️⃣ Cede calor a un líquido (refrigerante a baja presión) $\rightarrow$ 3️⃣ El líquido se evapora en el evaporador $\rightarrow$ 4️⃣ El gas caliente cede el calor al exterior en el condensador.

📐 Esquema Interactivo de Zonas de Presión y Estados del Refrigerante (Diapositivas 1 y 15)

ZONA DE ALTA PRESIÓN (Descarga → Capilar) ZONA DE BAJA PRESIÓN (Salida Capilar → Succión) CONDENSADOR (Vapor + Líquido) Cede calor al exterior ↑↑ FILTRO (100% Líquido) TUBO CAPILAR (Expansión) EVAPORADOR (Mezcla → Vapor) Absorbe calor de los alimentos ↓↓ MOTOCOMPRESOR (100% Gas Seco) Línea Succión (Vapor Sobrecalentado) Línea Descarga (Vapor Alta P y T)
Fig. 1. Ciclo básico de refrigeración doméstica dividido en sus zonas de Alta y Baja Presión (Diapositivas 1, 14 y 15).

🔍 Las 4 Líneas Identificadas en el Circuito Frigorífico (Diapositiva 15)

Línea del Circuito Ubicación Exacta Presión Temperatura Estado del Refrigerante
1. Línea de Descarga Entre la salida del compresor y la entrada del condensador Alta Presión ($\sim 12\text{ kg/cm}^2$) Alta Temperatura ($\sim 95^\circ\text{C}$) 100 % Gaseoso (Vapor sobrecalentado)
2. Línea de Líquido Alta Presión Entre la salida del condensador y la entrada del elemento de expansión (capilar) Alta Presión ($\sim 12\text{ kg/cm}^2$) Media a Alta ($\sim 40\text{–}43^\circ\text{C}$) 100 % Líquido Subenfriado ($0\text{ \% Gas}$)
3. Línea de Mezcla Baja Presión Entre la salida del elemento de expansión y la entrada del evaporador Baja Presión ($\sim 1\text{ kg/cm}^2$) Baja Temperatura ($\sim -33^\circ\text{C}$) Mezcla Líquido + Vapor
4. Línea de Succión (Retorno) Entre la salida del evaporador y la entrada del compresor Baja Presión ($\sim 1\text{ kg/cm}^2$) Baja a Ambiente ($-33^\circ\text{C}\rightarrow +20^\circ\text{C}$) 100 % Gaseoso (Vapor sobrecalentado)

2. Anatomía del Motocompresor Hermético y Componentes del Sistema

El motocompresor aumenta la presión del refrigerante para que fluya por el sistema y transforma la energía eléctrica en trabajo mecánico (compresión y aumento de temperatura), con todas sus partes móviles lubricadas por aceite.

⚙️ Explorador de las 15 Partes del Motocompresor Hermético (Diapositivas 3 y 4)

Haz clic en cada categoría técnica para inspeccionar los componentes internos y externos de la unidad sellada:

1. Carcasa Metálica, Soldadura Hermética y Amortiguadores

  • Cuerpo metálico o carcasa: Unidad sellada del frigorífico que aloja en su interior al motor eléctrico y al compresor (en conjunto denominado motocompresor).
  • Soldadura perimetral: Une y sella de forma hermética las dos partes metálicas (superior e inferior) de la carcasa.
  • Gomas y pernos en la base: Amortiguan la vibración producida cuando el motocompresor se encuentra en funcionamiento.

🛠️ Los Demás Componentes del Circuito Doméstico (Diapositivas 6, 8, 10 y 12)

El filtro molecular cumple dos misiones vitales antes de que el refrigerante ingrese al estrecho tubo capilar: 1) Retener la humedad (altamente perjudicial porque congela y tapona el capilar además de formar ácidos) y 2) Retener cuerpos extraños (limaduras metálicas, óxidos o impurezas).

Conexión al Condensador 1. Malla Gruesa 2. Tamiz Molecular (Molecular Sieves) 3. Malla Fina Conexión al Capilar
  • En el condensador el refrigerante cambia de la fase gaseosa a la fase líquida cediendo calor al ambiente exterior.
  • El calor se transmite por medio de la convección: existen condensadores de convección natural (parrilla trasera estática o condensador oculto en las paredes del gabinete) y condensadores de convección forzada (compactos y asistidos por un ventilador).
  • Tubo Capilar: Tubo de cobre de diámetro milimétrico calibrado que reduce la presión del refrigerante y regula el flujo que pasa del condensador al evaporador.
  • Tubería de Retorno + Intercambiador: Conduce el refrigerante desde el evaporador hasta el motocompresor. En este tramo se aprovecha el calor que cede el tubo capilar (soldado o enrollado al tubo de retorno) para que cualquier remanente líquido termine de evaporarse.
  • Regla Crítica: ¡EL MOTOCOMPRESOR NO PUEDE RECIBIR REFRIGERANTE EN FASE LÍQUIDA! Como los líquidos son incompresibles, el ingreso de líquido destruiría las válvulas de lámina (lengüetas), biela y pistón.

En el evaporador ocurre la ebullición (evaporación) del refrigerante a baja presión y baja temperatura ($\sim -33^\circ\text{C}$), extrayendo el calor del aire interior y de los alimentos. Los dos tipos más utilizados en refrigeración doméstica son:

  • 1. Evaporador ROLL-BOND (Plancha soplada): Dos láminas de aluminio unidas por laminación con los canales del circuito frigorífico inflados a alta presión (típico de refrigeradores convencionales con escarcha o ciclo defrost).
  • 2. Evaporador de TUBO ALETEADO (Con aletas): Tubo de aluminio o cobre con aletas de aluminio, acompañado de un ventilador axial (típico de refrigeradores No Frost).

3. Simulador Interactivo de Gráficas T-P y Diagrama de Mollier (P-h)

Selecciona cada etapa numerada del ciclo (Diapositivas 5, 7, 9, 11, 13 y 14) para visualizar simultáneamente cómo evolucionan la Temperatura (°C), la Presión ($\text{kg/cm}^2$) y el estado termodinámico sobre la campana del Diagrama de Mollier ($P\text{-}h$).

📈 Evolución de Temperatura (°C) y Presión (kg/cm²) en el Circuito
COMPRES. ENFRIAM. CONDENS. SUBENFR. ESTRANG. EVAP.+SH 100°C 43°C 20°C 0°C -33°C 12 kg/cm² 6 kg/cm² 1 kg/cm² 1 2 3 4 5 6 1
📊 Diagrama de Mollier Presión-Entalpía (P-h)
PRESIÓN (P) ENTALPÍA ESPECÍFICA (h) Punto Crítico ZONA DE MEZCLA (Líquido + Vapor) 1 2 3 4 5 6

Ciclo Completo (Puntos 1 → 2 → 3 → 4 → 5 → 6 → 1)

Observa cómo trabajan en perfecta sincronía las tres gráficas: la zona superior del Diagrama de Mollier (puntos 2 → 3 → 4 a $12\text{ kg/cm}^2$) corresponde a la Zona de Alta Presión donde se rechaza calor al ambiente, mientras que la zona inferior (puntos 5 → 6 → 1 a $1\text{ kg/cm}^2$) corresponde a la Zona de Baja Presión donde se absorbe el calor de los alimentos.

4. Calculadora de Subenfriamiento / Sobrecalentamiento y Notas Técnicas

Introduce las lecturas de temperatura del ciclo para calcular automáticamente el Subenfriamiento (Etapa 3–4) y el Sobrecalentamiento (Etapa 6–1) definidos en las diapositivas 9 y 13.

Subenfriamiento ($\Delta T_{3-4}$)
3.0 °C (K)
Sobrecalentamiento ($\Delta T_{6-1}$)
8.0 °C (K)
Estado en Entrada Compresor
100% Gas Seguro
✅ Diagnóstico: Subenfriamiento positivo (100 % líquido antes del capilar) y Sobrecalentamiento dentro del rango óptimo de 5 °C a 10 °C indicado en la presentación. El motocompresor está protegido contra retorno de líquido.

🛡️ Verificación y Aclaraciones Técnicas de los Datos del PPT

📌 1. ¿Presión Absoluta o Manométrica en las Gráficas?

En las gráficas del PPT la presión baja es de $1\text{ kg/cm}^2$ ($\text{T}_{\text{evap}} \approx -33^\circ\text{C}$) y la alta es de $12\text{ kg/cm}^2$ ($\text{T}_{\text{cond}} \approx 43^\circ\text{C}$). Estos valores están expresados en Presión Absoluta ($\text{kg/cm}^2\text{ abs}$). Si mides con tu manómetro de taller (presión manométrica), debes restar $1.033\text{ kg/cm}^2$ de la presión atmosférica al nivel del mar: así, en baja leerás cerca de $0\text{ psig}$ (o ligero vacío en R-134a / R-600a) y en alta leerás $\sim 11\text{ kg/cm}^2\text{ man}$ ($\sim 156\text{ psig}$ en R-134a).

📌 2. Recalentamiento en el Intercambiador Capilar-Retorno

La diapositiva 13 señala que un recalentamiento inútil aceptable es de $5^\circ\text{C}\text{ a }10^\circ\text{C}$, mientras que la gráfica muestra que el gas llega al compresor a $+20^\circ\text{C}$. Esto se debe a que en refrigeradores domésticos (Diapositiva 10) el tubo capilar caliente va soldado junto al tubo de retorno frío (intercambiador regenerativo), calentando el vapor de succión hasta $\sim 20^\circ\text{C}$ para asegurar 100 % gas en el compresor y evitar condensación exterior en el tubo de retorno.

5. Autoevaluación Técnica: Refrigeración Doméstica y Ciclo P-h

Pon a prueba tus conocimientos respondiendo estas 6 preguntas basadas en el material técnico de Jesús Rafael Layme.

1. Desde el punto de vista de la física térmica, ¿qué significa realmente «refrigerar» y por qué se dice que «el frío no existe»?

2. ¿Qué tipo de motor eléctrico utiliza el motocompresor doméstico convencional y cuáles son sus dos bobinados?

3. ¿Cuál es la función del mecanismo excéntrico situado en el extremo del eje del rotor del motocompresor?

4. ¿Qué elementos componen internamente al Filtro Molecular y en qué orden atraviesa el refrigerante sus componentes?

5. ¿Por qué la tubería de retorno intercambia calor con el tubo capilar y qué regla crítica protege al motocompresor?

6. ¿Cuáles son los dos tipos de evaporadores más utilizados en refrigeración doméstica y dónde se divide la Zona de Alta y Baja Presión?

Progreso de Autoevaluación: 0 de 6 respondidas
Publicidad
¿Necesitas ayuda técnica?