Física

¿Cómo funcionan los refrigeradores? (continuación)


Procesos termodinámicos

En pocas palabras, la operación de los refrigeradores populares se basa en un proceso de transferencia de calor de una fuente fría a una fuente caliente. Sin embargo, este proceso no es espontáneo: se necesita una cantidad de energía externa, que se produce en forma de trabajo, para que esta transferencia sea posible. En aras de la claridad, la fuente fría es el congelador y la fuente caliente es el condensador (también llamado radiador).

Ahora analizaremos los ciclos termodinámicos que ocurren durante la operación de un refrigerador. Para esto, considere la figura a continuación.

Este gráfico representa el ciclo involucrado por medio de un diagrama PV, dividido en cinco procesos. Obviamente, esta es la idealización de los ciclos, ya que no se prevén posibles pérdidas de energía, por ejemplo.

Veamos qué sucede en cada una de las etapas del ciclo.

* 1 - 2: compresión adiabática

Al aumentar la presión del fluido, el compresor reduce el volumen. Dado que este proceso ocurre muy rápidamente, por lo que las pérdidas de energía son mínimas, podemos considerarlo como un proceso adiabático. El trabajo que realiza el compresor es responsable de aumentar la energía interna del fluido y, en consecuencia, de elevar su temperatura.

* 2-3: enfriamiento isobárico

El fluido comienza a perder energía en forma de calor, y a medida que el compresor mantiene la presión alta y constante, el volumen y la temperatura disminuyen.

* 3-4: condensación

Aún en el condensador y bajo alta presión, el fluido pierde algo más de energía en forma de calor. Debido a esto, el volumen y la temperatura del fluido disminuyen aún más y cambia del estado gaseoso al líquido. Es importante destacar que, hasta ahora, el líquido estaba en estado gaseoso.

* 4-5: expansión adiabática

Bajo alta presión, el fluido fluye a través del tubo capilar y en la salida del tubo se expande. Como esta expansión ocurre muy rápidamente, de modo que el fluido intercambia una pequeña cantidad de energía (en forma de calor) con el vecindario, podemos considerar el proceso como adiabático. Sin embargo, la presión y la temperatura del fluido disminuyen, y parte de este se vaporiza. Así, a la salida del tubo, el fluido aparece como gotas de líquido suspendidas en vapor a baja presión. Nota: La baja presión del tubo capilar es un efecto del funcionamiento del compresor que extrae fluido gaseoso de esta parte del circuito para comprimirlo en el condensador.

* 5 - 1: vaporización isobárica

En el evaporador, bajo presión baja y constante, las gotas restantes se vaporizan, absorbiendo energía (como calor) del congelador. Al salir del evaporador, el fluido está completamente en estado gaseoso y a baja presión, fluyendo hacia el compresor y repitiendo el ciclo.