Un evaporador és una màquina tèrmica basada en un conjunt de canonades (normalment de coure) que conformen una superfície d’intercanvi tèrmic. El seu principi de funcionament és extreure calor d’un espai més calent que el refrigerant que flueix per l’interior de la bateria, d’aquesta manera s’aconsegueix fer baixar la temperatura d’aquests espais fins a temperatures típiques que arriben a l’ordre de 15 °C en obradors, 0 °C en conservació, -20 °C en congelació o inferiors per processos específics com túnels de congelació que poden arribar a temperatures molt més baixes.

Existeixen diversos tipus d’evaporadors, en aquest article en qüestió ens centrarem en els més utilitzats i convencionals a la indústria del fred: els evaporadors d’expansió seca.

En un evaporador d’expansió seca el refrigerant és injectat a la bateria mitjançant un sistema d’expansió. Es genera una pèrdua de pressió en el refrigerant per provocar que aquest faci un canvi d’estat amb l’aire, i aprofitar l’evaporació del refrigerant per extreure calor del medi.

1. Intercanvi Tèrmic. Com aconsegueix un evaporador absorbir calor de l’aire?

La base per a poder entendre el fenomen termodinàmic que succeeix a l’interior d’un evaporador és entendre l’intercanvi tèrmic que hi ha entre l’aire i el refrigerant:

. L’aire abans d’interactuar amb la bateria té una temperatura superior a la que tindrà una vegada hagi sortit de la bateria.

. Després d’haver passat a través de la bateria, la temperatura de l’aire ha disminuït. Així doncs, l’aire està cedint la seva calor al refrigerant per a poder disminuir la seva temperatura inicial.

. El refrigerant que és injectat a la bateria de l’evaporador està pràcticament tot en fase líquid.

. El refrigerant a la sortida de l’evaporador s’ha convertit tot en fase gas. Per a poder passar de fase líquid a gas ha hagut d’absorbir calor de l’aire.

Així doncs, l’evaporador actua com a intercanviador de calor entre l’aire i el refrigerant. Per a poder generar un canvi d’estat del refrigerant es necessita absorbir energia (en aquest cas calorífica) d’un medi més calent. D’aquesta manera s’aconsegueix reduir la temperatura d’una cambra i generar el fenomen que coneixem com a refrigeració.

Per a poder dimensionar un evaporador fa falta tenir en compte una sèrie de càlculs que ens permeten saber quanta calor necessitem extreure de l’ambient a refrigerar:

Un evaporador molt petit no generarà suficient intercanvi tèrmic i per tant no serà capaç d’arribar a la temperatura de consigna. Per altra banda, un evaporador molt sobredimensionat generarà massa intercanvi tèrmic, produint que el refrigerant faci el canvi d’estat molt ràpid i que el gas a la sortida estigui més calent del necessari.

Per aquest motiu a Fredvic sempre analitzem les necessitats de cada cas i tenim en compte totes les variables necessàries per instal·lar l’evaporador idoni per a cada situació.

2. Vàlvula d’expansió. Com s’aconsegueix regular la injecció de refrigerant?

En un evaporador d’expansió seca l’element que controla el flux de refrigerant és la vàlvula d’expansió. Aquest element genera una decaiguda de pressió del refrigerant per així aconseguir forçar el canvi d’estat o l’intercanvi tèrmic i absorbir la calor necessària.

Aconseguir la màxima eficiència a la vegada que s’assegura que protegim els compressors és tot un repte en el disseny i càlcul d’evaporadors. La màxima eficiència s’assoleix quan es garanteix que s’utilitza el màxim de bateria frigorífica per evaporar el refrigerant, i aconseguim protegir els compressors de la instal·lació quan garantim que tot el refrigerant s’ha evaporat al 100% i no enviem líquid als compressors.

Primerament el refrigerant està pràcticament tot en estat líquid, però a mesura que avança el pas de refrigerant per la bateria, la quantitat de gas augmenta mentre la de líquid disminueix. Si la vàlvula expansiva està regulant correctament la injecció de líquid, tot el refrigerant s’ha d’haver evaporat abans d’arribar al final de la bateria, deixant un reescalfament del gas.

Generalment es parla de reescalfament per descriure l’estat d’un refrigerant en fase gas, el qual té una temperatura superior de què marca el seu estat de saturació (punt exacte on està en fase gas al 100%).

Mantenir aquest reescalfament ens assegura que no tindrem aspiració de líquid als compressors. Així doncs, és un paràmetre molt important a l’hora de regular una instal·lació i del qual un mal ajust podria suposar xafar els compressors de la central.