Refrigerante Saturado

 

Entender qué es un refrigerante saturado es fundamental en los procesos de refrigeración. El fenómeno de saturación es uno de los más importantes cuando se trabaja con líquidos y gases; por lo tanto, es necesario comenzar explicando algunos conceptos básicos que ayudarán a comprender el comportamiento fundamental dentro de un sistema de enfriamiento. 

¿Qué es un refrigerante saturado?

La operatividad y el tipo de diseño que puede tener un sistema de enfriamiento dependen en gran medida del líquido utilizado en el circuito de refrigeración. Este tipo de líquido tiene varias funciones: absorber, remover y transportar calor, entre otras. Por lo tanto, es necesario comprender cómo se comporta un refrigerante para conocer el funcionamiento general de un sistema de refrigeración. 

En primer lugar, se puede decir que, durante su circulación, un refrigerante no experimenta cambios a nivel químico. Sin embargo, sí experimenta cambios a nivel físico. Específicamente, esto significa que puede comportarse como un gas, un líquido o como una mezcla de ambos. Todo esto dependerá en gran medida de dónde se encuentre dentro de su ciclo. Un refrigerante saturado puede definirse como aquel en el que vapor y líquido están en contacto directo y cuya presión y temperatura están directamente relacionadas. En caso de que uno de los dos cambie, el otro también debe cambiar proporcionalmente. Con esto claro, se puede hablar de su relación con el circuito y su disposición. 

El recorrido del refrigerante saturado en un circuito

Dentro de un circuito, se puede identificar un primer punto: la salida del control del refrigerante. En este punto, el refrigerante se encuentra saturado a baja presión y a baja temperatura. A medida que el refrigerante fluye hacia el evaporador, absorbe gradualmente calor y se convierte en gas sobrecalentado. En este momento, se encuentra en la sección de succión del compresor. El compresor se encarga de aumentar la presión y la temperatura del gas refrigerante. Cuando alcanza una alta temperatura y alta presión, se envía al condensador. 

El gas refrigerante en este punto, a alta temperatura y presión, pierde su exceso de calor y parte de su líquido y vapor. De hecho, continuará perdiendo calor hasta volverse completamente líquido. 

Posteriormente, la eliminación del calor del refrigerante ocurre dentro del circuito, dirigiéndolo hacia el control de flujo procedente del condensador. En este punto, se ve obligado a pasar a través de un filtro de baja presión. Este proceso genera un cambio repentino de presión, lo que hace que el refrigerante se expanda y una mezcla de líquido frío y vapor fluya hacia el evaporador. Al pasar por el evaporador, vuelve a convertirse en vapor sobrecalentado. A partir de este punto, el ciclo se repite nuevamente. 

Otros estados físicos de un refrigerante

Para complementar la información detallada anteriormente, es oportuno hablar sobre otros estados físicos que un refrigerante puede tener, además del estado de refrigerante saturado. 

El primero de estos es el refrigerante subenfriado. Este es un estado en el que un refrigerante completamente líquido se enfría por debajo de su temperatura de saturación. Esto puede ocurrir solo cuando no hay vapor y cuando la temperatura de un líquido subenfriado puede cambiar independientemente de su presión. 

El segundo de los estados posibles para los refrigerantes es el estado sobrecalentado. En este estado, se encuentra en forma de vapor cuya temperatura es mayor que la temperatura de saturación. Esto puede ocurrir solo cuando un refrigerante líquido se ha evaporado completamente. En condiciones de sobrecalentamiento, la temperatura del vapor puede cambiar independientemente de su presión. 

Propiedades de los refrigerantes saturados

La temperatura de saturación de un refrigerante puede definirse como aquella que ha alcanzado un nivel tal que permite el paso del estado líquido al gaseoso. Esta temperatura de saturación se determina mediante mediciones. Las propiedades generales que los refrigerantes saturados comparten con todos los refrigerantes incluyen el punto de burbuja (la temperatura a la que un líquido comienza a hervir) o el punto de rocío (la temperatura a la que un líquido saturado evapora su última gota). En el caso de compuestos puros, los puntos de burbuja y rocío ocurren a la misma temperatura. Sin embargo, si se trata de una mezcla, el punto de burbuja ocurre a una temperatura inferior al punto de rocío bajo presión constante. 

¿Qué es la temperatura de saturación del refrigerante?

La temperatura de saturación de un refrigerante es un concepto clave en la refrigeración. Es la temperatura a la que un refrigerante pasa del estado líquido al de vapor. Se puede decir que su punto de ebullición tiene un valor igual al de la temperatura de saturación. Así, cuando el sobrecalentamiento es demasiado bajo, la salida de vapor está cerca del punto en el que todo el compuesto refrigerante tiende a evaporarse. 

Cabe agregar que, si esto sucede, un refrigerante líquido puede regresar al compresor y causar daños significativos durante este proceso. Esto ocurre porque el refrigerante se evapora completamente antes de llegar al punto de salida del evaporador, incluso cuando el sobrecalentamiento es muy alto. A medida que aumenta la presión sobre un compuesto, también lo hace la temperatura de saturación de esa sustancia. 

Diagrama de fases y punto de saturación

El término fase se refiere a cada una de las partes homogéneas que pueden separarse físicamente dentro de un sistema que contiene uno o más compuestos. Esto aplica a dos líquidos inmiscibles, que por la misma razón están en dos fases diferentes. Lo mismo ocurre con los cuerpos sólidos, que pueden estar compuestos de dos fases. Esta variación se representa mediante un diagrama conocido como diagrama de saturación. 

Un diagrama de fases se define como una representación gráfica en la que aparecen las diferentes fases estables en función de dos variables, generalmente temperatura y composición. Estos diagramas se usan comúnmente para enfriamientos muy lentos y, como resultado, indican las fases de equilibrio en el momento en que ocurre un enfriamiento lento. Para casos en los que dicho enfriamiento sea rápido, generalmente se usan otros diagramas. Estos muestran fases que no están en equilibrio; es decir, son fases conocidas como metaestables. 

Las curvas que tiene el diagrama suelen identificar tres regiones. La primera de estas es la región estable. En ella se encuentra la zona no saturada, donde ocurren fenómenos como el crecimiento de cristales o la nucleación. Esta región está debajo de la curva de saturación o solubilidad. 

Por otro lado, está la región metaestable, que es la sobresaturada. Aquí la probabilidad de nucleación espontánea es baja, pero pueden ocurrir otros fenómenos como la nucleación secundaria o el crecimiento de los cristales. Esta región está ubicada entre las otras dos. Finalmente, está la región inestable, que es una zona sobresaturada con una alta probabilidad de nucleación. Esta es la región más alejada de la curva de sobresaturación.