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1. Ventajas e Inconvenientes del Subenfriamiento




El subenfriamiento lo que provoca es una disminución de la temperatura del refrigerante a la entrada de la válvula de
expansión, lo que hace que, al expansionarse el refrigerante, la cantidad que se evapora disminuya, resultando que al
evaporador llega una cantidad de líquido mayor, por lo que tiene más capacidad de absorber calor.

En la figura 1 puedes ver que la cantidad de vapor es del 28% mientras que con subenfriamiento baja al 15%, con lo que se
ha evaporado un 13% (28 – 15) menos de liquido durante la expansión.






Fig. 1: Ciclo frigorífico con subenfriamiento.



Recuerda que con calor latente (cambio de estado) existe más capacidad de intercambio de calor que con calor sensible.
Podemos ver en la figura 1 cómo afecta el subenfriamiento al ciclo frigorífico.

Así pues, es deseable tener un valor positivo de subenfriamiento total en la entrada del dispositivo de medición de flujo, ya
que por cada grado de aumento de temperatura se tiene también un aumento en la capacidad y eficiencia del sistema de
enfriamiento. La fórmula para determinar el aumento de capacidad en el evaporador de un sistema, es:



)1(' tFQQ AAA ∆⋅+⋅=

Donde:

QA = kw con el subenfriamiento deseado.
Q’A = kw a cero grados de subenfriamiento.
FA = Factor de aplicación, Alta Temp = 0.009; Media Temp = .0.007; Baja Temp = 0.006
∆ t = Grado de subenfriamiento en ° C a la entrada de dispositivo de control.

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EJEMPLO 1: Se tiene un sistema de refrigeración de 3 kw en alta temperatura y cero grados de
subenfriamiento. ¿Cuál seria la capacidad de refrigeración con un subenfriamiento de 10 K?



SOLUCCIÓN:

Aplicando la fórmula: QA =3 (1 + 0,009 x 10) = 3,3 kw




Cuando el subenfriamiento en el condensador es alto indica que está inundado de refrigerante, por lo tanto, su área efectiva
de disipación de calor latente se reduce y su presión será alta. Como consecuencia de ello habrá una perdida de capacidad
de enfriamiento del sistema y una disminución del EER, por lo tanto se requerirá más tiempo de operación del compresor
que nos costará más dinero y añadido al bajo EER, esto es, a un mayor consumo eléctrico, supone un mayor costo (ver
figura 2).





Fig. 2: Inconveniente de un gran subenfriamiento


Por otro lado, debes saber que cuando el dispositivo de expansión es una válvula de expansión termostática, esta solo puede
trabajar perfectamente cuando en su entrada exista un líquido 100 % puro, sin burbujas de gas. Si la máquina frigorífica
trabaja con cero de subenfriamiento, siempre existe la posibilidad de que a la entrada de la válvula de expansión llegue
líquido con burbujas de gas, circunstancia conocida como flash–gas, y que afectará a su correcto funcionamiento.

Pero ¿Por qué aparecen burbujas de gas en la línea de líquido? El motivo es que parte del refrigerante se evapora
produciendo burbujas de gas debido a la existencia de una perdida de presión en la tubería de líquido, causada por
cualquier elemento restrictivo, incluyendo filtros secadores, válvulas, visores de liquido, líneas estranguladas, curvas
torcidas, etc.

También caídas de presión debido a longitud de la tubería, tuberías verticales para subir el refrigerante, pendientes
incorrectas, etc. Cuanto mayor sea la longitud, y mayor el número de codos y curvaturas en la línea de líquido, mayor es la
caída de presión.

Por lo tanto es necesario que exista subenfriamiento, puesto que si no lo hubiese, el líquido saturado del condensador al
pasar a través de estas caídas de presión, bajaría la presión del líquido saturado, e inmediatamente una parte del líquido se
evaporaría, apareciendo burbujas de gas. El calor necesario para esta evaporación es tomado del propio líquido, el cual baja
su temperatura a su nueva condición de saturación. Este proceso de enfriamiento es Adiabático ya que no hay una ganancia
de energía en el líquido, puesto que la energía para evaporarlo se toma de él mismo.

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La Caída de Presión TP en la tubería de líquido se debe a varios factores:


321 PPPPT
Donde:


1P = Caída de presión dinámica

2P = Caída de presión por diferencia de alturas

3P = Caída de presión debido a la presencia de accesorios

La caída de presión dinámica 1P es debida a la fricción ocasionada por el refrigerante al circular por la tubería y se
estima de acuerdo a la siguiente relación


gD
vL

fP
2

2

1

Donde:


1P = Caída de presión dinámica, en metros columna de refrigerante
f = Factor de fricción
L = Longitud de la tubería, en m
v = Velocidad del refrigerante, en m/s
D = Diámetro, en m
g = Gravedad, 9,8 m/s2

La pérdida de energía del fluido debido a estas fricciones causa la perdida de presión, que origina la ebullición instantánea
del refrigerante. Tamaños adecuados de tuberías disminuyen las caídas de presión.

La Caída de Presión por diferencias de alturas 2P : Ocurre cuando el refrigerante en la tubería tiene que ascender a
una altura determinada. Por lo tanto la caída de presión viene influenciada por la diferencia de alturas existentes, y por
tanto, por el peso equivalente de la columna de refrigerante:



122 ZZP

Donde:

2P = Variación de la presión por diferencia de alturas, en metros de columna de refrigerante
Z2 = Altura final en metros
Z1 = Altura inicial en metros








EJEMPLO 8: Tenemos una tubería de líquido con un tramo vertical de 6 metros con refrigerante
R-134a y una temperatura de condensación de 39,5 °C que le corresponde una presión de 9 barg (la
g indica que es presión relativa) y está trabajando con un subenfriamiento de 2K. Sabiendo que su
densidad en estado líquido es de 1,149 kg/dm3, ¿Se producirá flash-gas en la línea de líquido?


SOLUCCIÓN:

Sabiendo que su densidad en estado líquido es de 1,149 kg/dm3, que expresado en cm3, es:


3
3

33

3

3 10149,110
1

149,1
cm
kg

cm
dm

dm
kg




Lo que supone que va a ejercer una presión de 1,149 x 10-3 kg/cm2 por cada cm de altura, o expresado por cada metro de
altura, de:


(1,149 x 10-3 kg/cm2) x 100 = 0,1149 kg/cm2 (por cada metro de altura)

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También podemos expresar la presión en bar (1 kg/cm2 = 0,981 bar), luego:



0,1149 kg/cm2 x 0,981 = 0,1127 bar (por cada metro de altura)


Con todo esto, en nuestra tubería de líquido en vertical con una altura de 6 metros, el propio refrigerante ejercería una
presión de:


0,1127 bar x 6 = 0,676 bar

Esta caída de presión 0,68 bar, supone una disminución en temperatura de 2,6 º C.







Fig. a: Perdida de presión en la línea de liquido



Por lo tanto, si en la parte inferior del tubo existe una presión de 9 barg y el refrigerante está en estado liquido con un
subenfriamiento de 2 K, en la parte superior tendríamos una presión de 8,32 barg (9 – 0,68) y el refrigerante se
encontraría con una parte en estado de vapor y por lo tanto habría flash-gas.

¿Cómo se soluciona esto? Muy fácil, si conseguimos un subenfriamiento superior a 2,6 º C, compensaremos la perdida
de presión de 0,68 bar.






La caída de presión debida a los accesorios, 3P∆ , tales como, filtros, secadores, codos, curvas, restricciones, etc. esta
pérdida de presión o de carga se puede obtener mediante la expresión:



g
v

KP


=∆
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Donde:


3P∆ = Caída de presión debido a la presencia de accesorios, en mca de refrigerante
K = Coeficiente adimensional dependiente del accesorio
v = Velocidad del refrigerante, en m/s
g = Gravedad, 9,8 m/s2

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