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1. CLASIFICACIÓN DE LOS CONDENSADORES




Podemos clasificar los condensadores según sea el medio de enfriamiento, esto es aire, agua o aire-agua, resultando los
siguientes tipos:



Estáticos
(Tiro natural) CONDENSADORES

ENFRIADOS POR AIRE Dinámicos
(Tiro forzado)

De doble tubo

De inmersión CONDENSADORES ENFRIADOS POR AGUA

Multitubulares

Condensadores evaporatívos CONDENSADORES
ENFRIADOS POR AIRE Y

AGUA Aéreo-refrigeradores híbridos


Tabla 1: Clasificación de los evaporadores







1.1 CONDENSADORES DE AIRE



El aire es el medio de enfriamiento más barato que existe, ya que es gratis. Su bajo calor específico obliga a mover grandes
volúmenes de aire y superficies de intercambio elevadas, razón por la que este tipo de condensadores no se utiliza en
grandes instalaciones.

En la práctica la temperatura de condensación Tc se sitúa de 7 ºC a 9 ºC por encima de la temperatura del aire de salida To.
Por otro lado el grado de calentamiento del aire que entre Ti y pasa a través del condensador aumenta entre 5 ºC y 7 ºC.


7ºC < (Tc - To) < 9ºC 5ºC < (To - Ti) < 7ºC






1.1.1 Condensadores de aire estáticos



Son utilizados en los frigoríficos domésticos. Son intercambiadores de calor de tubo desnudo a través del cual circula el
fluido frigorígeno y sobre los cuales montan en su superficie unas aletas, cuyo objetivo es aumentar la superficie de
intercambio de calor (a mayor superficie de intercambio mayor cantidad de calor puede ceder al aire).

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El aire atmosférico en contacto con los tubos y las aletas se calienta, dando lugar a una corriente de aire ascendente que
transporta el calor retirándolo del condensador. La cantidad de aire que se desplaza (muy pequeña), unido al bajo calor
especifico del aire, hace que se requiera una gran superficie de intercambio térmico, aun para pequeñas potencias
intercambiadas. Se comercializan dos tipos de condensadores estáticos:






Fig. 1: Condensador estático de tubo y aletas de hilo en un frigorífico domestico


a) Tipo tradicional que consiste en un tubo desnudo en zig-

zag sobre el que se colocan, transversalmente, hilos que,
a modo de aletas, mejoran el intercambio térmico.


b) Una versión mas moderna en la que los tubos van unidos

a una placa de chapa de hierro de 0,4 mm de espesor
provista de ranuras.



En este tipo de condensadores, la correcta circulación del aire
resulta trascendental, ya que de lo contrario dificulta la
evacuación del calor, provocando el funcionamiento del
compresor durante mucho más tiempo, aumentando el
consumo de energía y no alcanzando la temperatura en el
espacio a refrigerar los valores previstos.

Fig. 2: Condensadores estático de tubos y placas en un
refrigerador doméstico.







1.1.2 Condensadores de aire dinámicos




Su estructura típica es la de un intercambiador de tubo con aletas y provisto de uno o varios ventiladores. El tubo puede ser
de cobre, en la mayoría de los casos, o de acero si la instalación trabaja con amoniaco. Van colocados al tresbolillo, suelen
tener 10, 12 ó 16 mm de diámetro y llevan incorporadas aletas de aluminio, generalmente corrugadas, separadas entre si 2-4
mm.

El aire impulsado por los ventiladores, en contacto con los tubos y aletas del condensador, absorbe el calor que cede el
refrigerante que circula por el interior de los tubos. Cuanto mayor sea la cantidad de m3 de aire que se hace circular por el
condensador, mayor será la cantidad de calor extraído del refrigerante.

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La batería de tubos se presenta protegida por una carcasa o
coraza dotada de las embocaduras precisas para colocar los
ventiladores que pueden ser axiales o centrífugos, dando
lugar así, a la clasificación de los equipos en función del tipo
de ventilador incorporado. Con el fin de prevenir posibles
accidentes generados por las palas de los ventiladores, se
colocan rejillas protectoras delante de las embocaduras.

Existen en el mercado modelos para pequeñas instalaciones
que pueden ir suspendidos y equipos de mayor tamaño que
llevan patas incorporadas para su ubicación sobre el suelo.
Los condensadores de tipo mural, ya sean suspendidos o
colocados sobre soportes, generalmente van equipados con
ventiladores que producen un flujo de aire en dirección
horizontal. En cambio, los condensadores que se disponen
sobre el piso, soportados por sus propias patas, llevan los
ventiladores montados de modo que el aire es impulsado
verticalmente, tomándolo cerca del suelo. Resulta evidente
que estos equipos deben instalarse sobre superficies limpias,
para evitar la aspiración de suciedad que se depositaría sobre
el serpentín y sus aletas dificultando la transmisión del calor.




Fig. 3: Tipos de condensadores de aire de tiro forzado
(Fuente Friga-Bohn).




El montaje de un condensador ha de realizarse de forma correcta y lo
mejor es seguir las instrucciones de montaje que especifica el
fabricante. No obstante hay que tener en cuenta siempre nociones
básicas, por ejemplo, en los condensadores de tipo mural (montaje en
vertical) la entrada de refrigerante (línea de descarga) se realiza por la
parte superior y la salida (línea de liquido) por la parte inferior. ¿Cuál
es la razón de hacerlo así? Pues muy sencillo, el refrigerante al
condensarse cae por gravedad. Los condensadores instalados al aire
libre se deben colocar con orientación hacia el norte.

Otro factor a tener en cuenta es el sentido de giro de los ventiladores,
el cual debe ser el correcto de lo contrario el rendimiento del
condensador diminuye mucho pudiendo parar la maquina frigorífica al
activarse la protección que incorporan.




Fig. 4: Condensador mural.

Así pues podemos decir que la eficacia de los condensadores de aire depende de:


La aspectos constructivos (tipo de tubos empleados, aletas, … )
La temperatura ambiente, ya que al aumentar ésta, disminuye el flujo de calor transferido al medio de enfriamiento,

debido a que el diferencial térmico disminuye.
La ventilación (la velocidad de giro de los ventiladores). Cuanto mayor sea la velocidad de giro, más elevado será el

caudal de aire (medio de enfriamiento) que pasará a través del condensador y mayor capacidad existirá de absorber
calor al refrigerante.

La limpieza del condensador. Si las aletas se encuentran con suciedad o existe una película de aceite por el interior de
los tubos aumentará la resistencia al intercambio térmico.


La limpieza del condensador es una tarea muy importante, ya que la
suciedad y el polvo como acabamos de ver, actúan como aislantes, y por
ello se reduce su capacidad de un 40 a un 60%, aumentando la presión de
alta de 2 a 3,4 bar por encima de la presión normal, y como consecuencia
tenderá a subir la presión en el lado baja y todo ello hará disminuir la
producción frigorífica y aumentar el gasto energético.

El RITE (Reglamento de Instalaciones Térmicas) y el RSIF (Reglamento
de Seguridad de Instalaciones Frigoríficas) aluden al mantenimiento de las
instalaciones frigoríficas, estableciendo la periodicidad con la que se
deben de limpiar los condensadores.

En equipos comerciales se utilizan unidades condensadoras, como la
mostrada en la figura 5, que están compuestas principalmente de un
condensador un compresor y un depósito de líquido (estudiaremos estos
dos últimos componentes en otro apartado más adelante).




Fig. 5: Unidad condensadora

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2. CONDENSADORES DE AGUA




Cuando la cantidad de calor a eliminar es grande, se utilizan los condensadores enfriados por agua. Esto es debido a que el
calor especifico del aire a la presión atmosférica es de 1 kJ/(kg K) y el del agua de 4,18 kJ/(kg K), por lo tanto, los
condensadores que utilizan el agua como medio de enfriamiento requieren menor superficie de intercambio para eliminar la
misma potencia térmica. Existen varios tipos de condensadores refrigerados por agua:


Condensadores de inmersión.
Condensadores de doble tubo.
Condensadores multitubulares.


En los condensadores de agua, el refrigerante se condensa normalmente 5 º C por encima de la temperatura del medio de
enfriamiento saliente (agua de salida), y por otro lado el agua sufre un aumento de temperatura al pasar por el condensador
de 5 a 30 ºC.


Tcondensación = Tsalida aire + 5 ºC


5ºC < Tsalida aire – Tentrada aire < 30ºC



Debe tenerse encuentra que los condensadores de agua no pueden trabajar con temperaturas por debajo de 0 º C ya que
tendríamos problemas de congelación del agua.





2.1 Condensadores de inmersión



Los condensadores de inmersión están formados por un tubo en forma de serpentín por el que circula el agua de
refrigeración que va colocado en el interior de un recipiente que hace las veces de condensador y recipiente de líquido
(figura 6). Estos condensadores pueden adoptar diversas formas constructivas y sólo se emplean en máquinas de poca
potencia, hasta unos 4.000 watios. En la figura 7 aparece una imagen del serpentín por el que circula el agua.








Fig. 6: Condensador de inmersión





Fig. 7: Serpentín condensador inmersión.

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Un caso particular de este tipo de condensadores es el
mostrado en la figura 8 cuya función es aprovechar el calor
del condensador para calentar agua, y que suelen colocarse
entre el compresor y el condensador de aire. En este caso, el
recipiente del condensador de inmersión almacena el agua y
la calienta con el refrigerante que circula a una temperatura
elevada por el interior del tubo de cobre procedente del
compresor. De este modo, el refrigerante disminuye su
temperatura y pasa posteriormente al condensador de aire.
Este es un ejemplo de un sistema de recuperación de calor,
como por ejemplo en los tanques de enfriamiento de leche,
donde el calor del refrigerante se utiliza para producir agua
caliente sanitaria (ACS).

En instalaciones grandes, como es el caso de hipermercados
y hoteles, también se emplea el calor contenido en el
refrigerante tras la compresión para calentar agua, que
posteriormente se almacena en unos termos, disponiendo de
esa forma de agua caliente sanitaria (ACS).




Fig. 8: Condensador de inmersión para sistema de
recuperación de calor en ACS







2.2 Condensadores de doble tubo




Los condensadores de doble tubo se utilizan en sistemas de pequeña potencia, hasta unos 8.000 vatios, como por ejemplo
en enfriadoras de agua compactas y en sistemas de climatización refrigerados por agua. Actualmente esta desplazado por
los condensadores multitubulares.





Fig. 9: Condensador de doble tubo o coaxial (Cortesía doucette industries, inc)


Están formados por dos tubos concéntricos en los que el fluido refrigerante circula por el espacio anular comprendido entre
ambos tubos y el agua por el interior del tubo central realizando una verdadera circulación a contracorriente.





Fig. 10: Condensador de doble tubo.

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2.3 Condensadores multitubulares



Los condensadores multitubulares están formados por una carcasa que tiene en su interior una serie de tubos paralelos
colocados longitudinalmente. Por el interior de los tubos circula el agua de refrigeración, y por el exterior se produce la
condensación del refrigerante, siendo utilizada la carcasa como recipiente del líquido refrigerante.

En la figura 11 se muestra un condensador de este tipo en el cual puedes ver cómo circularían los flujos de los líquidos por
el interior del mismo. Así la entrada del agua de refrigeración se realiza por un extremo mientras que la salida se efectúa
por el extremo contrario.





Fig. 11: Circulación a contracorriente en el interior de un condensador multitubular.

Fíjate que en los condensadores multitubulares la entrada de refrigerante se produce por la parte superior, mientras que la
salida se realiza por la parte inferior, de esta forma se asegura que sólo enviamos líquido a la válvula de expansión. En la
figura 12 puede apreciarse la válvula de salida para el refrigerante líquido.

Para conseguir una mejor transferencia de calor los tubos
pueden ser aleteados con distintas formas constructivas. En la
figura 13 se muestran algunos de estos tubos.






Fig. 13: Detalles de distintos tubos de condensadores de agua
(Wolverine Tube).




Fig. 12: Válvula salida para refrigerante.



Como hemos visto, los tubos del condensador están dispuestos de forma paralela y colocados longitudinalmente con
relación a la carcasa del equipo. Están sujetos mediante unas tapas laterales y pueden disponer de placas intermedias en
caso de que los tubos sean muy largos. En la figura 14 aparece un condensador multitubular en el que se puede apreciar
este tipo de montaje. En algunos casos los tubos se montan en U desapareciendo una de las tapas del condensador, tal como
se muestra en la figura 15. En este caso la entrada y la salida están en la única tapa de que dispone el condensador. El otro
extremo del mismo va cerrado con un fondo soldado.

Todos los condensadores de agua presentan el inconveniente de formación de depósitos minerales y costras que se forman
gracias al calor que hay en las proximidades de la línea de descarga. Para la limpieza de los condensadores de inmersión y
de doble tubo se debe realizar por medios químicos, mientras que en los condensadores tubulares pueden emplearse
procedimientos mecánicos a base de cepillos adecuados para limpiar los tubos de agua por dentro.

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Fig. 14: Condensador multitubular.




Fig. 15: Condensador multitubular de tubos en U.






3. CONDENSADORES EVAPORATIVOS




Los condensadores evaporativos se han impuesto por la necesidad de reducir el consumo de agua de condensación que
precisan los otros tipos de condensadores.

Podemos considerarlo como una torre de refrigeración en cuyo interior se aloja el condensador de tubo con aletas. Todo el
sistema está dentro de una envolvente metálica prismática, que optimiza la circulación del aire que entra y evita pérdidas de
agua por salpicaduras, lo que posibilita el montaje interior (ver figura 16). La entrada de aire se realiza por una de las partes
laterales inferiores y la salida se lleva a cabo por la parte superior, forzada por ventiladores.

Este tipo de condensadores son de tamaño más reducido que las torres de refrigeración y presentan la ventaja de que se
pueden instalar en la propia sala de máquinas evacuando el aire hacia el exterior por medio de conductos ya que deben
instalarse cerca del compresor debido a la dificultad que supondría bombear el refrigerante a distancias grandes.

Presentan el inconveniente de que, al evaporarse parcialmente
el agua sobre los tubos del condensador, termina formándose
sobre ellos sarro, que disminuye la capacidad de intercambio
térmico, e incluso lodos corrosivos que pueden terminar
provocando fugas. Además de los inconvenientes citados
pueden desarrollarse organismos vegetales como consecuencia
del alto grado de humedad y de la temperatura del agua.

Al igual que las torres de refrigeración deben incorporar una
purga para el agua en continuo, reduciendo así la concentración
de minerales debido a la evaporación.

En la parte baja del condensador se dispone de un depósito para
agua, cuyo nivel se mantiene constante gracias a una válvula de
flotador. El agua es tomada de éste depósito y, por medio de
una bomba, conducida a unas toberas pulverizadoras colocadas
sobre el condensador, tal como puede apreciarse en la figura
17. Sobre las toberas van colocadas unas placas eliminadoras
(separador de gotas), que impiden que el agua pueda ser
arrastrada por el aire y mandada a la atmósfera, pues chocan
con estas placas y se precipitan al fondo.




Fig. 16: Condensador evaporativo
(Fuente www.spx.com)


El funcionamiento de este tipo de condensación es el siguiente: El aire que entra por la parte inferior del aparato es aspirado
por el ventilador y obligado a atravesar los serpentines del condensador, para ser expulsado por la parte superior. Por otro
lado el agua es bombeada desde el recipiente situado en la parte inferior hasta los pulverizadores colocados en la parte
superior.

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Ello va a originar que la masa de aire ascendente que se desplaza a contracorriente con la de agua pulverizada, propicie la
vaporización de parte del líquido que, absorberá calor del resto del agua, enfriándola, y absorberá calor latente de la propia
superficie caliente del serpentín del condensador, enfriándola también. Además tiene lugar un intercambio de calor sensible
con la citada superficie del serpentín, por parte del agua no vaporizada que retorna al depósito. Ambos fenómenos originan
el enfriamiento del serpentín y, en consecuencia, el del fluido frigorígeno que circula por su interior, dando lugar a su
condensación y cambio de fase.

En este tipo de condensadores, la temperatura del medio de enfriamiento permanece constante debido al cambio de estado
que sufre parte del agua. La cantidad de agua que puede pasar a vapor, será en el mejor de los casos, la necesaria hasta que
el aire alcanza el estado saturado. Dicha cantidad dependerá del estado higrométrico del mismo, siendo mayor cuanto más
seco esté el aire, es decir, que cuanto menor sea la humedad relativa del aire, mayor cantidad de agua se evaporará.






Fig. 17: Instalación de un condensador evaporativo.


La temperatura que reinará alrededor de los tubos será sensiblemente la del aire saturado de salida a la temperatura del agua
pulverizada. Por consiguiente, el incremento de temperatura que se considera en la transmisión del calor será: ∆T = Tc –
Th, siendo Tc la temperatura de condensación y Th la temperatura alrededor de los tubos.

Por lo tanto, en base a la expresión de cálculo de la potencia calorífica que cede un condensador, podemos decir que el
rendimiento de los condensadores evaporativos depende de:


La humedad relativa del aire, que como es lógico, cuanto menor sea, mayor será el rendimiento del condensador,
debido a que al poder evaporar mas agua, ésta podrá absorber mas cantidad de calor.

La temperatura de condensación del fluido, que cuanto mayor sea mejor rendimiento tendrá (∆T mayor).
Mantener la superficie exterior del serpentín libre de depósitos e incrustaciones, por lo que hay que contrarrestar el

peligroso bicarbonato cálcico que todas las aguas llevan disueltas (aumentar el factor de transmisión de calor K).

Para determinar la potencia de estos condensadores se puede hacer el siguiente balance energético:


Qc = calor del aire saliente - Calor del aire entrante - calor del agua de reposición


Primeramente medimos la temperatura y HR del aire de entrada, luego los mismo en el aire de salida. Con estos valores
determinamos, por ejemplo en un diagrama psicrométrico, sus respectivas entalpías, con lo cual tendremos determinados
los calores totales.

Por otro lado, la temperatura del agua pulverizada tiende a ser igual a la del aire saliente (o viceversa), una vez la maquina
haya alcanzado su régimen de trabajo y ésta será la que reina en el interior del aparato. El calor del agua de reposición se
calcula fácilmente, midiendo su temperatura y la cantidad consumida.

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El rendimiento de estos aparatos depende del estado higrométrico del aire. Generalmente la temperatura de condensación
está entre 10 ºC y 12 ºC por encima de la del aire ambiente.



Tcondensación = Tambiente + T 10 ºC < T < 12 ºC






4. AERO-REFRIGERADORES HIBRIDOS






Una nueva forma de refrigeración son los aero-refrigeradores híbridos en seco que son utilizados en aplicaciones de
refrigeración industrial, incluyendo la refrigeración industrial y de proceso, la climatización y el control de la temperatura
ambiental de los edificios. También son ideales para proyectos dónde el espacio disponible es limitado, donde se exigen
bajos niveles de ruido y la conservación del agua y el bajo consumo energético son los requisitos principales.

Estos aero-refrigeradores incluyen 4 partes principales: armazón en acero inoxidable, intercambiadores de calor aislados
con aletas, ventiladores muy silenciosos y un sistema de humectación. Su base de funcionamiento combina dos formas
conocidas de transmisión de calor, por una parte la refrigeración seca y por otra la refrigeración por evaporación.

Los aero-refrigeradores híbridos consumen solamente energía eléctrica en el modo seco y energía eléctrica y agua en el
modo híbrido. De entre las ventajas que podemos destacar de este tipo de aparatos tenemos:



Reducción de tamaño y coste de la unidad: Con esta sencilla opción se consigue una optimización del rendimiento
de la unidad. Es sabido que un condensador o enfriador de líquido clásico se debe seleccionar con unas dimensiones y
potencia que le permita rendir en las peores condiciones de la época estival, pero la consecuencia es que el resto del
año la unidad está sobredimensionada, trabajando muy sobrada de tamaño y capacidad.


Con el sistema de pulverización de agua se puede seleccionar una unidad más pequeña que trabaje en seco la gran
parte del año y en los momentos más cálidos complementar el rendimiento con el rociado del agua sobre la batería, que
provoca el enfriamiento adiabático del aire del exterior al entrar en contacto con las aletas humedecidas de la batería,
aumentando como consecuencia la diferencia de temperatura entre el aire y el refrigerante y mejorando el intercambio
térmico.


Bajo consumo de agua, por utilizarse el sistema de batería húmeda solamente en los momentos del año más calurosos

y pulverizarse solo el agua que es capaz de absorber la batería, sin pérdidas ni acumulaciones.


Bajas presiones de trabajo de los difusores de agua, entre 1 y 6 bares, por lo que el sistema funciona directamente
con la línea de suministro de aguas, sin necesidad de bombas adicionales para elevar la presión.


Totalmente válido desde el punto de vista sanitario. Al no haber estancamientos de aguas cálidas, no existe riesgo

de generación de Legionella.


El funcionamiento de un aero-refrigerador (figura 18) es el siguiente:





a) Refrigeración seca: El fluido caliente que se desea refrigerar, por ejemplo proveniente de un condensador de agua, se
hace circular por medio de una bomba (6) en el circuito cerrado de refrigeración formado por la fuente de calor (5, en
nuestro caso el condensador) y los serpentines de tubos en V con aletas (3). En un proceso de contracorriente, los dos
fluidos, agua y aire de refrigeración (11) impulsada por los ventiladores (12) se intercambian calor (el agua se enfría y
el aire se calienta). Este proceso de refrigeración seca es suficiente bajo condiciones climáticas frías y en la noche.

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