Cómo se organiza y funciona el frigorífico doméstico

Aparato para mantener fríos los alimentos

Siempre que el aparato funcione correctamente, su diseño no tiene gran importancia para el propietario. Se limitan a utilizarlo para los fines previstos. Pero si algo falla en el mecanismo, el propietario puede empezar a preguntarse cómo funciona realmente el frigorífico.

Siempre es beneficioso tener conocimientos previos para evitar posibles dificultades durante el funcionamiento del aparato.

Cómo está organizado el frigorífico

Todos los frigoríficos modernos funcionan según un principio similar y contienen varios componentes esenciales. Estos incluyen:

• Motor;
• Condensador;
• Evaporador;
• Tubos capilares;
• Filtros de deshidratación;
• Calderas.

El ciudadano medio suele estar familiarizado con el aspecto externo de un frigorífico y su capacidad para mantener fríos los alimentos, lo que permite alargar su vida útil. Sin embargo, muchos desconocen el funcionamiento interno que hace posible este proceso de refrigeración, incluso durante los meses de verano.

Mucha gente no entiende el mecanismo exacto que hay detrás de cómo un frigorífico genera frío o por qué de vez en cuando deja de funcionar. Sin embargo, el proceso es en realidad bastante sencillo. En lugar de extraer el frío de fuentes externas, el frigorífico genera frío directamente dentro de la cámara cuando la unidad de refrigeración está en funcionamiento.

Motor eléctrico

Este componente en particular es una parte esencial de un frigorífico doméstico. Desempeña un papel vital para que las personas puedan disfrutar de refrescantes bebidas frías en los calurosos días de verano. Su función principal es facilitar la circulación del refrigerante, conocido como freón, por los mecanismos internos del frigorífico. El freón fluye a través de varios tubos dentro del aparato.

El componente motor consta de dos partes principales: un motor eléctrico y un compresor. El motor eléctrico convierte la corriente eléctrica del cableado en energía mecánica, permitiendo que el frigorífico funcione eficazmente. El motor eléctrico se divide en dos partes: el rotor y el estator.

El estator está compuesto por varias bobinas de cobre, mientras que el rotor tiene la apariencia de un eje de acero y está unido al sistema de pistones del motor. Una vez conectado el motor a la red eléctrica, se inicia en las bobinas la inducción electromagnética, un fenómeno estudiado por los físicos. Esta inducción genera par en el mecanismo, haciendo que el rotor comience a girar por la existencia de fuerza centrífuga.

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Tenga en cuenta que, según las estadísticas, un frigorífico doméstico puede consumir hasta el 10% del consumo eléctrico total de una vivienda. Si la puerta del frigorífico se deja abierta y sale aire frío, el aparato tiene que trabajar más para mantener la temperatura necesaria, lo que se traduce en un mayor consumo de energía.

La rotación del rotor inicia el movimiento lineal de los pistones. Con la ayuda de la pared frontal del pistón, los fluidos de trabajo se comprimen y descargan para alcanzar el estado de funcionamiento correcto.

En los frigoríficos modernos, el motor está situado en el interior del compresor, con lo que se elimina la posibilidad de que se produzcan fugas de gas de los depósitos de gas de forma espontánea.



Para minimizar el impacto de las vibraciones que se producen durante el funcionamiento y garantizar su correcto funcionamiento, el motor está montado sobre una suspensión metálica compuesta de muelles. Estos muelles pueden estar situados tanto en el exterior como en el interior del mecanismo. En los últimos tiempos, se han colocado exclusivamente en el interior de la carcasa del motor para mejorar la capacidad de amortiguar las vibraciones resultantes del funcionamiento de todos los mecanismos del frigorífico.

Condensador

Se trata de un tubo con forma sinuosa que tiene la capacidad de expandirse hasta un tamaño de 5 mm de diámetro. Su función principal es eliminar el calor generado por el fluido en funcionamiento y transferirlo al ambiente circundante. El aparato es visible en la pared trasera exterior del mecanismo.

Evaporador

El refrigerador presenta una red de tubos delgados que facilitan la transformación del líquido de trabajo en vapor, lo que conduce al enfriamiento general de sus proximidades. El evaporador se coloca estratégicamente dentro o fuera del congelador.

Tubo capilar

Los tubos capilares se colocan entre el evaporador y el condensador y se utilizan para reducir la presión del gas gracias a su pequeño diámetro, que mide 1,5 mm.5-3 mm.

Filtro-secador

Es necesario eliminar las impurezas de humedad del gas de trabajo limpiándolo. Este aparato se presenta como un tubo de cobre que tiene un diámetro de 10-20 mm. El tubo tiene extremos alargados, con un lado soldado en el tubo capilar y el otro lado en el condensador.

Tenga en cuenta lo siguiente! El filtro deshidratador funciona según un principio unidireccional y no puede funcionar en modo inverso. La instalación del filtro sin respetar las normas específicas puede provocar el fallo de todo el sistema de refrigeración. Por lo tanto, es aconsejable recurrir a la ayuda de profesionales para la instalación y sustitución de este componente de la unidad.

La parte interior del tubo contiene zeolita, un relleno mineral con una estructura muy porosa. En ambos extremos del tubo hay redes de barrera que sirven de filtro.

En el lado del condensador hay una rejilla metálica con un tamaño de malla de 2 mm, mientras que en el lado del tubo capilar hay una malla sintética con celdas espaciadas 0.1 mm de separación.

Calderas de muelle

Su aspecto es similar al de un pequeño recipiente metálico. Está situado aproximadamente a medio camino entre el evaporador y la entrada del compresor. Su función principal es elevar la temperatura del freón hasta el punto de ebullición y convertirlo en vapor. También sirve para proteger el motor de cualquier infiltración de líquido. En caso de infiltración, el motor se avería rápidamente y el frigorífico deja de funcionar.

Funcionamiento de un frigorífico

El funcionamiento de cualquier frigorífico se basa en dos operaciones fundamentales:

1. La energía calorífica se expulsa al espacio circundante como resultado de los mecanismos internos en funcionamiento.
2. El aire frío se concentra en el interior del propio compartimento refrigerado.

Para eliminar el calor, se utiliza un refrigerante, comúnmente conocido como freón. Es una sustancia que existe en estado gaseoso y está compuesta por etano, flúor y cloro. El freón posee la propiedad única de pasar rápidamente del estado gaseoso al líquido sin comprometer su eficacia, y de volver rápidamente al estado gaseoso. Este proceso se ve facilitado por la fluctuación de la presión dentro de los depósitos donde se almacena el freón.

El funcionamiento del sistema de refrigeración de un frigorífico doméstico se basa en un principio específico. En este proceso, el freón es inyectado en los componentes internos del mecanismo por el compresor. Simultáneamente, el motor eléctrico se activa, haciendo que el pistón comience su movimiento, dando lugar a la compresión del gas.

Este proceso puede dividirse en dos etapas. En la primera etapa, el pistón experimenta un movimiento de retorno, lo que provoca la apertura de la válvula de entrada. Esto permite la entrada de freón en la cámara de gas.

En la segunda etapa, el pistón invierte su dirección y comprime el gas. Como resultado, la presión en la cámara aumenta rápidamente, haciendo que el freón comprimido impacte contra las placas de la válvula de salida. Este aumento de la presión conduce a un aumento de la temperatura, que finalmente alcanza los 100 o C. En consecuencia, la válvula de salida se abre, permitiendo la liberación del gas. Esto hace que la válvula de descarga también se abra, permitiendo la salida del gas.

El freón a alta temperatura sale de la cámara y entra en el intercambiador de calor externo, también conocido como condensador. A medida que el gas se mueve, pierde calor, y parte de él escapa al exterior. Cuando el freón llega al final del condensador, su temperatura ha descendido a 55 grados centígrados.

Hecho fascinante! Al principio de la popularización de los frigoríficos entre el público en general, se solía utilizar dióxido de azufre como refrigerante en lugar de freón. Sin embargo, estas unidades suponían un peligro para sus propietarios. La razón es que el sistema a menudo experimenta una despresurización debido a esta sustancia, lo que puede provocar intoxicaciones en las personas que se encuentran en la habitación.

Durante el proceso de transferencia de calor, el gas se concentra, lo que provoca la transformación del freón de estado gaseoso a estado líquido. A continuación, pasa al filtro deshidratador, donde el exceso de humedad es absorbido eficazmente por un sorbente especial. Esto ayuda a convertir el freón líquido en gaseoso. Una vez completada la filtración, el freón se dirige hacia el tubo capilar, que sirve de obstáculo o barrera para su flujo.

A medida que la sustancia entra en el tubo, su presión experimenta un descenso gradual, facilitando así su transición al estado líquido. En consecuencia, el freón líquido comienza a pasar por el evaporador, donde la presión del gas disminuye aún más, lo que da lugar a la vaporización del freón. Esta etapa no sólo es testigo de un descenso de la presión, sino también de la propia temperatura del gas. Cuando el freón entra en el evaporador, ya posee una temperatura de – 23 grados centígrados. Posteriormente, la temperatura del freón sigue disminuyendo.

El freón entra en la cámara frigorífica a través del intercambiador de calor, donde sufre una reducción de temperatura. Esta reducción de la temperatura hace que se elimine calor de las superficies interiores de los tubos del evaporador, lo que provoca un descenso de la temperatura del aire dentro de la cámara de refrigeración.

Una vez finalizado este proceso, el freón vuelve a fluir hacia el compresor y el ciclo comienza de nuevo.

Los principales tipos de sistemas de refrigeración

Existen diferentes tipos de frigoríficos domésticos en función de sus principios de funcionamiento. Entre ellos:

• Refrigeradores de compresor;
• Refrigeradores de adsorción;
• Refrigeradores termoeléctricos;
• Refrigeradores con eyector de vapor.

Los frigoríficos de compresor se distinguen de otros tipos por la forma en que el refrigerante circula por el sistema. El compresor genera cambios de presión, que a su vez mueven el refrigerante. Este tipo de frigoríficos es uno de los más utilizados por su eficiencia y eficacia.

Las unidades de absorción se distinguen de sus homólogas por utilizar el calentamiento para poner en movimiento el refrigerante. Para conseguirlo, existe una unidad especializada dentro del sistema. La mezcla utilizada en estos sistemas es amoníaco. Sin embargo, estos sistemas no son habituales en el ámbito doméstico debido a las dificultades que plantea su mantenimiento. Además, el amoníaco es una sustancia peligrosa tanto para las personas como para los animales. Si se produjera una fuga del sistema, las personas que se encontraran cerca podrían sufrir una intoxicación grave que pondría en peligro su salud e incluso su vida. En la actualidad, las unidades que funcionan según este principio se consideran obsoletas y han dejado de fabricarse desde hace varios años.

Tome nota! Estados Unidos fabricó el primer frigorífico doméstico en 1911. Este frigorífico se construyó íntegramente con madera, utilizando dióxido de azufre como refrigerante.

Los dispositivos termoeléctricos son capaces de producir frío absorbiendo calor cuando una carga eléctrica pasa a través de dos conductores. Este fenómeno se conoce como efecto Peltier y es ampliamente reconocido por los físicos. Las principales ventajas de estos dispositivos son su fiabilidad y durabilidad. Sin embargo, su elevado coste es una desventaja que compensa estas ventajas. En comparación con aparatos similares, los frigoríficos termoeléctricos son bastante más caros.

Las unidades eyectoras de vapor dependen del agua como componente principal. Estas unidades utilizan un eyector como medio de propulsión. El fluido de trabajo entra primero en el vaporizador, donde se calienta hasta que alcanza su punto de ebullición y comienza a liberar vapor de agua. Tras la generación de calor, la temperatura del agua desciende rápidamente.

El enfriamiento de los productos se consigue utilizando agua a baja temperatura. Posteriormente, el vapor de agua es expulsado por el eyector y dirigido hacia el condensador, donde se enfría. El vapor se condensa y vuelve a transformarse en líquido. La sustancia condensada se deja fluir de nuevo al evaporador, iniciando el ciclo una vez más. La instalación presenta varias ventajas notables, como la seguridad de funcionamiento, la sencillez de construcción y el respeto por el medio ambiente. Sin embargo, tiene el inconveniente de consumir grandes cantidades de agua. Además, se necesita una cantidad significativa de electricidad para calentar el producto.

Principio de funcionamiento de los refrigeradores de absorción

Este tipo de dispositivo funciona haciendo circular y evaporando un refrigerante, que inicialmente está en forma líquida. El refrigerante utilizado es amoníaco, y el absorbedor de este sistema es una solución de amoníaco a base de agua.

En el sistema de refrigeración de estas unidades se utilizan hidrógeno y cromato de sodio. El hidrógeno sirve como regulador de presión en el sistema, mientras que el cromato sódico tiene como principal función proteger las partes internas de los tubos de la corrosión.

Es importante tener en cuenta que en los antiguos frigoríficos soviéticos, la mezcla refrigerante contenía una sustancia llamada Freón R12, a base de cloro. Aunque no es muy nocivo para el ser humano, su uso contribuyó a la destrucción gradual de la capa de ozono.

Una vez que el dispositivo está conectado a una fuente de alimentación, el generador-caldera calienta gradualmente el líquido de trabajo. La solución de amoníaco se almacena en un tanque especialmente designado para este fin.

A medida que aumenta la temperatura del refrigerante, el amoníaco comienza a vaporizarse y sus moléculas se desplazan hacia el condensador, donde se condensan y se convierten en líquido. Desde allí, el amoníaco líquido fluye hacia el evaporador, donde se mezcla con el hidrógeno. Debido a la diferencia de presión entre ambas sustancias, el amoníaco vuelve a evaporarse y se libera calor. Esto provoca el enfriamiento del amoníaco a una temperatura de -4°C. Al mismo tiempo, el evaporador se enfría junto con el amoníaco, extrayendo el calor del espacio circundante.

El amoníaco gaseoso pasa entonces al adsorbedor, que alberga el agua purificada. Las dos sustancias se mezclan y la solución resultante empieza a fluir hacia un depósito específico. A partir de ahí, se transfiere al generador-caldera, y todo el proceso comienza de nuevo.

En lugar de amoníaco, algunos fabricantes optaron por soluciones acuosas de acetona o bromuro de litio.

La principal ventaja de este tipo de refrigerador es que funciona en silencio.

Frigoríficos con autodescongelación

La descongelación en estas unidades no requiere intervención humana. Se produce automáticamente gracias a los algoritmos programados en el sistema.

Existen dos tipos de frigoríficos con autodescongelación: por goteo y por ventilador.

En las unidades de goteo, el evaporador está situado en la pared trasera del frigorífico. Esto provoca la formación de escarcha en esta zona tras unas horas de funcionamiento. Una vez que entra en contacto con el aire exterior, comienza el proceso de descongelación. La humedad resultante fluye hacia la parte inferior de la unidad, siguiendo canales específicos. El agua llega al compresor, que tiene una temperatura elevada, lo que da lugar a la formación de vapor.

La carcasa del aparato está diseñada para facilitar el flujo de aire a baja temperatura desde el evaporador. Esto es posible gracias a un ventilador especializado. Una vez derretida la escarcha, el agua resultante se dirige a un orificio designado mediante el uso de ranuras especialmente diseñadas.

Frigoríficos industriales

Los frigoríficos industriales se diferencian de los domésticos por su mayor potencia y el mayor tamaño de la cámara de refrigeración interna. Los motores de estas unidades pueden alcanzar niveles de potencia de varias decenas de kilovatios, lo que les permite mantener un rango de temperatura estable de +5 a -50 grados Celsius.

Dato curioso! El mayor frigorífico industrial del mundo se encuentra en Ginebra y ocupa una superficie de 24 kilómetros cuadrados. Este enorme frigorífico se creó específicamente para experimentos científicos relacionados con el funcionamiento del colisionador de hadrones.

El objetivo principal de los frigoríficos industriales es proporcionar las temperaturas necesarias para almacenar una gran cantidad de productos alimenticios. Estas cámaras pueden almacenar entre 5 y 5.000 toneladas de alimentos y son utilizadas principalmente por grandes empresas dedicadas a la transformación y conservación de materias primas.

Refrigeradores Inverter

Estos aparatos funcionan basándose en el principio de conversión de CC en CA por acumulación. El proceso de refrigeración se consigue ajustando suavemente las revoluciones del eje del motor.

Una vez que se suministra electricidad al aparato, el inversor acelera rápidamente, lo que provoca un aumento de la temperatura dentro de la carcasa. Una vez alcanzados los umbrales predeterminados, la unidad pasa al modo de espera. A medida que aumenta la temperatura, se activa un sensor específico que provoca un aumento de las revoluciones del motor.

Dispositivo de termostato para frigoríficos

La función principal del regulador de temperatura es regular la temperatura deseada en el interior del sistema. El dispositivo se fija firmemente al tubo capilar, que a su vez se conecta al evaporador.

El termostato desempeña un papel fundamental en este proceso, ya que es un componente clave de toda la construcción. Consta de un fuelle y una palanca de potencia.

El fuelle está compuesto por un tubo corrugado que contiene freón dentro de sus anillos. La compresión del muelle se ve afectada por la temperatura del freón. Cuando el refrigerante se enfría, el muelle se comprime, cerrando así los contactos y activando el compresor. A medida que aumenta la temperatura, el muelle se estira, abriendo el circuito de la palanca de potencia y apagando el motor.

Resultado final

El funcionamiento de un frigorífico doméstico no es tan intrincado como podría parecer en un principio. Al comprender el concepto de funcionamiento del aparato, las personas pueden solucionar problemas menores sin necesidad de ayuda profesional.