Refrigeradores y Congeladores Domesticos

REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO
PROF. ROBERTO RODRÍGUEZ RAMÍREZ

REFRIGERADORES Y CONGELADORES DOMÉSTICOS
Un refrigerador o un congelador es un artefacto o gabinete mecánico que produce una baja temperatura en su interior. Los refrigeradores o congeladores modernos consisten básicamente en tres partes:
· El gabinete.
· El mecanismo (evaporador y unidad condensadora).
· El circuito eléctrico.
El gabinete contiene y soporta el evaporador y la unidad condensadora. También provee estantería y espacio para almacenaje de alimentos y bebidas.
El mecanismo consiste en la unidad condensadora y el evaporador. En el evaporador, el refrigerante líquido se expande y se convierte en vapor. Este vapor absorbió calor de los alimentos y las bebidas dentro del gabinete. La unidad condensadora rechaza el calor que se absorbió en el evaporador. El refrigerante líquido retorna al evaporador a repetir el ciclo de refrigeración.
El circuito eléctrico incluye todos los circuitos, relés, protección de sobre corriente y otros dispositivos que dirigen el flujo de la corriente a través del refrigerador y el congelador. El circuito se extiende desde la rabiza con conexión a tierra que se conecta a la carga final dentro o afuera del gabinete.

Preservar los alimentos por refrigeración y congelación
Los alimentos duran más tiempo cuando se mantienen a temperaturas cercanas arriba de la temperatura de congelación. Estas temperaturas disminuyen la rapidez de oxidación de los alimentos. Esto reduce la multiplicación de bacterias en las células y fibras. También reduce la evaporación de los líquidos en los alimentos.

Como el frio preserva los alimentos
Los alimentos tienen células, enzimas, coloides agua y algunos microorganismos. Si no se mantienen fríos, los alimentos se descompondrán. Las enzimas son las partículas diminutas de la materia que existen en los alimentos. Las enzimas causan que los alimentos se descompongan y son controladas por bajas temperaturas. Para preservar algunos alimentos por periodos prolongados las temperaturas deben estar por debajo de los 0°F. Para mejores resultados debe estar a ¯20°F.
Las enzimas no se destruyen por congelación rápida. Sin embargo el promedio de tiempo de desarrollo es disminuido con bajas temperaturas. Estas parecen estimular cambios orgánicos. Las enzimas son destruidas por pasteurización.
Las coloides son encontradas en los alimentos frescos. Son pequeñas células en las carnes, pescados y aves. Si son abusadas de alguna manera tal como el trastorno de la célula, se vuelven rancias y se descomponen. Las coloides son consideradas células contenedoras o capsulas. Si el contenedor se rompe, el alimento se deteriorará
rápidamente. Las carnes, aves y pescado sufren deterioro por las coloides. Los cambios pueden hacerse más lentos por las bajas temperaturas.
El agua en los alimentos forma hielo cuando se congelan. La congelación rápida produce pequeños cristales de hielo y son menos dañinos a los alimentos. La congelación lenta permite tiempo para que el desarrollo de cristales grandes de hielo. Mientras mas grandes los cristales de hielo, mas daño sufre las paredes de las células del alimento.

Almacenaje de los alimentos frescos en el refrigerador
El aire en el refrigerador de alimentos frescos esta siempre seco. Cualquier humedad en el refrigerador se deposita y condensa en la superficie del evaporador. Por lo tanto, los contenedores de alimentos deben estar cubiertos y sellados tan herméticamente como sea posible para mantener la humedad del alimento.
La temperatura del gabinete del refrigerador debe mantenerse entre 35°F y 41°F. La Administración de Drogas y Alimentos (FDA) requiere una temperatura para productos de 41°F. La mayoría de los alimentos frescos pueden mantenerse de tres a siete días a temperaturas por encima de estas. Las carnes no congeladas y el pescado deben ser almacenados tan cercano como se posible a 32°F.

Almacenaje de alimentos congelados en el congelador
El aire en el congelador de alimentos así como en el refrigerador esta bien seco. Cualquier humedad en el aire del congelador rápidamente se condensa en la superficie del evaporador. Es sumamente importante por lo tanto, que todo los alimentos que van a ser congelados sean empacados en contenedores resistentes a humedad.
Cuando se empaquen los alimentos para el congelador todo el aire posible debe ser removido del empaque. Los alimentos calientes deben enfriarse a temperatura de cuarto antes de ser colocados en el congelador. Los paquetes de alimentos congelados deben estar herméticamente sellados. El papel ordinario es muy poroso para su uso en el congelador. Si no se empacan propiamente los alimentos sufrirán quemadura por congelación. La quemadura por congelación es indicada por el cambio en color del alimento. El valor alimenticio no se afecta, pero hay un cambio en color y en la apariencia exterior.
La mayoría de los alimentos pueden mantenerse congelados por varias semanas a temperaturas desde 0°F a ¯10°F. Los alimentos que han de mantenerse por un ano o más deben congelarse a ¯20°F o más bajo. Algunos alimentos congelados se mantienen mejor que otros.

Insulación en los refrigeradores y congeladores
La insulación cubre las paredes del gabinete del refrigerador y el congelador. La insulación previene que el calor pase a través de las paredes y al gabinete. La insulación más común usada en refrigeradores y congeladores domésticos es la espuma de uretano y la fibra de vidrio. Otros materiales de insulación son usados en sistemas comerciales e industriales.

Refrigerador de puerta sencilla con descarche manual
Un refrigerador de alimentos frescos consiste de un evaporador, localizado en el interior de un gabinete y una unidad condensadora. El evaporador esta colocado en la parte central arriba en el interior del gabinete. También puede ser colocado en una de las esquinas arriba. La unidad condensadora es localizada abajo la parte de atrás del gabinete. Se provee un espacio para almacenar alimentos congelados por periodos cortos.
Un espacio adicional para almacenar alimentos se provee en la puerta. Una gaveta para vegetales esta localizada en la parte de debajo. El acondicionador para mantequillas es localizado en la puerta del gabinete y a su vez tiene una tapa que la cierra. La mantequilla es mantenida en este compartimiento a una temperatura ligeramente algo más alto que la temperatura de los otros alimentos en el gabinete.

Gabinetes
Los gabinetes de los refrigeradores son fabricados de acero prensado. Las uniones o juntas son soldadas. La carcasa exterior debe ser suave y a prueba de filtración de vapor. La carcasa interior provee una superficie para el acabado interior. Esta también provee soportes para la montura de parrillas, luces, termostatos, etc.
La insulación es colocada entre la carcasa exterior y la carcasa interior. Cuando se usa espuma de uretano, se expande en este espacio lo que sella las hendeduras y espacios abiertos. Los goznes para las puertas son usualmente parte de la carcasa exterior y la puerta.
En el refrigerador simple, el gabinete provee espacio para el evaporador en la parte central o esquina superior. El aire enfriado en el evaporador fluye por circulación natural a través del espacio refrigerado. Las parrillas son construidas para que el aire pueda circular libremente por los extremos y lados. En este sistema no se necesita usar un abanico. Los vegetales y los crujientes son almacenados a la parte de abajo del refrigerador en una gaveta. Esta generalmente tiene un cobertor para mantener una humedad relativa alta en los vegetales.
En la mayoría de los gabinetes el interruptor para la bombilla esta localizado lado del marco de la puerta. La bombilla es encendida o apagada cuando se abre o se cierra la puerta.
El flujo del calor del exterior de la carcasa interior cuando se abre la puerta de la nevera puede ser reducido. Una moldura de plástico especial es usada con este propósito. Algunas veces se le llama bloqueador de frio, siendo un pobre conductor de calor. La moldura es usualmente acoplada a la carcasa interior con unos ganchos o pasadores. El acabado de los refrigeradores es un esmalte al horno de buen grado. Esto es tanto en el exterior como en el interior del gabinete. Esmalte de porcelana es encontrado en interiores de gabinetes de acero.

Componentes mecánicos de refrigeración
Los componentes mecánicos de un refrigerador simple consisten de un compresor hermético, ubicado en la base del gabinete; un condensador localizado en la parte de abajo o la parte de atrás del gabinete; y un evaporador colocado en el interior del gabinete.
El ciclo de operación es como sigue:
1. El refrigerante liquido (R-12 o R-134a) entra al evaporador.
2. El refrigerante hierve y absorbe calor en el evaporador. El vapor es atraído a través de la línea de succión de regreso al compresor.
3. En el compresor, el vapor es comprimido a una alta presión y así su temperatura se incrementa (sube). El vapor comprimido fluye por la línea de vapor a alta presión al condensador. En estos casos el condensador es del tipo vertical de alambre y tubería con convección natural.
4. En el condensador, el vapor a alta presión y alta temperatura cede su calor al aire que lo rodea. El vapor es condensado a líquido. El liquido va a la parte de abajo del condensador.
5. El refrigerante líquido entonces fluye por el filtro secador y entra al tubo capilar. El tubo capilar que trabaja como control de flujo de refrigerante esta pegado a la línea de succión como intercambiador de calor.
6. El refrigerante caliente pasa por el tubo capilar. Parte su calor es cedido a la línea de vapor frio de succión. Esto incrementa la habilidad de absorción de calor ligeramente e incrementa el sobrecalentamiento del vapor que entra al compresor.
7. El líquido a baja presión entonces entra al evaporador y el ciclo se repite.

Este es el tipo mas simple de refrigerador domestico. Estos refrigeradores son descarchados manualmente. Es necesario remover la escarcha que se forma en el evaporador. El hielo que se acumula en el evaporador reduce grandemente el efecto de refrigeración.

Hay dos métodos de descongelar manualmente estos refrigeradores:
· El refrigerador es apagado durante la noche. Una bandeja es usada para recoger el condensado que viene del descarche del refrigerador.
· El refrigerador es apagado y una bandeja con agua caliente es colocada en o cerca del evaporador. Esto removerá la escarcha rápidamente. El refrigerador podrá retornarse a servicio normal en unos minutos. Nunca utilice un raspador de metal en el evaporador pues podría perforarse el evaporador.
La superficie del evaporador y la cubierta interior del refrigerador deberán limpiarse cada vez que el mecanismo se descarchado. Una solución de agua con soda de horneado (“baking soda”) es recomendable.

Eléctrico
La fuente eléctrica llega a través de una rabiza de extensión y un enchufe conectado a tierra. Esto provee la electricidad al panel de terminales de conexión. Dos circuitos separados salen de este panel. Un circuito suple la corriente a la bombilla del gabinete. La bombilla es controlada por un interruptor en el gabinete. La bombilla se enciende cuando la puerta es abierta y se apaga cuando la puerta se cierra.
El segundo circuito lleva la corriente al compresor. Un termostato esta en serie en el circuito. Este controla la operación del compresor.
La temperatura en el gabinete es controlada por un termostato. Cuando la temperatura alcanza un punto predeterminado, el termostato completa el circuito al motor del compresor. El compresor trabaja y el ciclo de refrigeración se inicia. La temperatura dentro del gabinete es bajada a la temperatura deseada. El termostato entonces interrumpe la corriente y el compresor se detiene.
La mayoría de los refrigeradores con unidades herméticas utilizan relé de arranque. Este usualmente esta montado en el cuerpo del compresor. Además del relé se emplea un protector de sobrecarga eléctrico (“over load”). El protector de sobrecarga contiene un resistor conectado en serie con la corriente de marcha. Si el consumo de corriente es muy alto, el resistor se calienta. Esto causa que unos contactos en un bimetal abran el circuito.
El relé de arranque conecta el devanado de arranque y el devanado de marcha al circuito con potencia eléctrica. Cuando el motor ha alcanzado el 75% de su velocidad de marcha, el relé desconecta el devanado de arranque del circuito de potencia eléctrica.

Refrigerador-congelador de descarche manual
Todos los evaporadores de los refrigeradores formaran escarcha procedente de la humedad del gabinete. Esta escarcha debe ser removida para permitir que el evaporador remueva propiamente el calor del gabinete. Los primeros refrigeradores no incluían componentes eléctricos para descarchar automáticamente el evaporador. Cuando una cantidad significante de escarcha se forma en el evaporador de este tipo de sistema, la unidad debe apagarse. En sistemas regulares, colocar un tarro con agua caliente en el área del evaporador puede reducir el tiempo de descarche. Cuando toda la escarcha es removida, la operación normal de la unidad puede comenzar.
Un refrigerador-congelador consiste de dos espacios refrigerados. Este tiene un espacio congelador en la parte de arriba del gabinete para alimentos congelados. La temperatura en este compartimiento se mantiene aproximadamente a 0°F. El compartimiento refrigerador para alimentos frescos está localizado debajo del compartimiento congelador. El compartimiento del refrigerador mantiene una temperatura cerca de los 35°F a 45°F.
Cada uno de estos compartimientos tiene una puerta separada. La unidad condensadora usualmente está ubicada abajo del gabinete. El condensador puede estar tanto en la parte de atrás como en la parte de abajo.
El refrigerador-congelador provee parrillas en ambos compartimientos. Un acondicionador para mantequilla está localizado usualmente en la puerta del compartimiento del refrigerador. Las puertas de ambos compartimientos traen unas tablillas para almacenamiento de contenedores pequeños.

Gabinetes
La construcción de los gabinetes del refrigerador-congelador es similar a la del refrigerador simple. Sin embargo, se requiere insulación más gruesa. Esta insulación adicional mantiene la temperatura necesaria en el compartimiento del congelador. Una puerta separada para el congelador permite tener una temperatura mas baja cuando la puerta del refrigerador es abierta.
El control de temperatura, el interruptor de la bombilla, los soportes para las parrillas y las gavetas para vegetales crujientes son iguales que en el refrigerador simple. El acabado es usualmente un esmalte de buen grado. Algunos gabinetes tienen acabado interior en porcelana.

Componentes mecánicos
Los refrigeradores con compartimiento congelador tienen compresor hermético instalado en la base del gabinete. El condensador puede estar en la parte de abajo o detrás del gabinete. El refrigerante líquido fluye del tubo capilar al evaporador en el compartimiento del congelador.
La carga de refrigerante es suficiente para mantener el evaporador del congelador lleno, además que tiene un evaporador en la parte del refrigerador.

Circuito eléctrico
La energía eléctrica es suplida a través de una rabiza similar a la del refrigerador simple. También se divide en dos circuitos desde el panel de conexión.
Dos dispositivos adicionales usualmente son encontrados en este tipo de refrigerador. Uno es un alambre resistor calentador, llamado secador del perímetro. Este calentador opera durante todo el tiempo. Provee un efecto calentador que detiene la condensación exterior en el gabinete.
El otro dispositivo adicional es un compensador ambientar. El compensador ambiental provee una pequeña cantidad de calor al compartimiento del refrigerador. Esto causa que el refrigerador cicle si la temperatura ambiente baja por debajo del ajuste del termostato.

Refrigerador-congelador con descarche automático
El aire contiene humedad. Cuando el aire hace contacto con la superficie del evaporador condensa la humedad y se congela.
Frecuentemente es necesario descarchar el evaporador para que este mantenga su eficiencia. Esto aplica al evaporador del compartimiento del refrigerador y al del compartimiento del congelador.
Las personas consideran una tarea el descarche manual del refrigerador. Como resultado, la mayoría de los refrigeradores proveen un sistema para descarche automático. Hay dos sistemas básicos usados para descarche automático. El sistema con gas caliente que hace uso de unas válvulas solenoides. El calor del vapor en la línea de descarga y el condensador es utilizado para descarchar el evaporador. El otro sistema usa calentadores eléctricos para derretir el hielo en la superficie del evaporador.

Descarche automático con calentador eléctrico en el refrigerador-congelador
Algunos refrigeradores trabajan en lo que se conoce como libres de escarcha o no escarcha. En estos refrigeradores el evaporador esta localizado afuera del compartimiento de refrigerado. Durante el ciclo de operación el aire es pasado por el evaporador. Este es forzado al compartimiento de congelación y al compartimiento del refrigeración por un abanico movido por un motor. Durante el tiempo de apagado del ciclo, este evaporador de descarcha automáticamente.
Este refrigerador puede usar un solo evaporador para ambos compartimientos de refrigerar y de congelar. Sin embargo, un evaporador individual puede ser utilizado en algunos modelos. La condensación del evaporador que se derritió durante el ciclo de apagado es conducida a un recipiente de evaporación. Esta puede estar sobre el compresor o el condensador. El calor de estos evapora esta agua.



Gabinete
La construcción del gabinete de estos sistemas con descarche automático es diferente de la de los modelos con descarche manual. La condensación que se acumula y congela en evaporador tiene que ser derretida periódicamente. Métodos diferentes son usados para la disposición de esta condensación. El gabinete tiene que tener unos tubos para conducir esta agua a la bandeja de desagüe. Ahí se evapora y esa humedad vuelve nuevamente al aire.
Algunos refrigeradores usan descarche eléctrico. El gabinete tiene que diseñarse para acomodar los calentadores eléctricos y sus controles.

Descarche automático con gas caliente
El descarche con gas caliente se lleva a cabo con el uso de válvulas solenoide. El gas caliente de la línea de descarga y el condensador es utilizado para descarchar el evaporador.

Gabinete
Este gabinete provee compartimientos para los alimentos refrigerados y compartimiento para los congelados.
El control de tiempo de descarche y la válvula solenoide están localizados en la base del gabinete.