El condensador de aire es un componente muy importante para varios sistemas donde el objetivo es controlar el aumento de temperatura, como veremos más adelante, la importancia que tiene este tipo de condensador es que extrae el calor y evita que los sistemas se sobrecalienten y fallen.

El objetivo de este post es que al fina conozcas todo lo relacionado al condensador de aire, dependiendo el sistema en el que se encuentra operando, así que comencemos con este interesante tema.

¿Qué es un condensador de aire?

El condensador de aire es un intercambiador de calor que permite extraer el calor del refrigerante al medio de enfriamiento que en muchos casos es la atmósfera.

La definición anterior es general y, tal vez no le encuentres mucho sentido, en realidad se comprendería mejor si lo relacionamos con algún sistema conocido y, es precisamente lo que haremos a lo largo de este artículo, veremos el funcionamiento de este tipo de condensador en ciertos sistemas y su importancia, por ejemplo, en:

• Aire acondicionados domésticos
• Aire acondicionado en automóviles

Funcionamiento del condensador de aire

En cualquiera de los casos, para comprender adecuadamente su funcionamiento, debemos recordar el funcionamiento de la máquina frigorífica e ir avanzando en cada tema que influye en la transferencia de calor.

Máquina frigorífica: ubicación del condensador

Para comprender cómo funciona el condensador, debemos recordar cómo es que opera en forma general la máquina frigorífica en este tipo de máquina tenemos tres módulos principales:

• Evaporador
• Compresor
• Condensador

Como puedes ver, el condensador es una parte en este tipo de máquinas, done su funcionamiento a grandes rasgos es el siguiente:

Funcionamiento de una máquina frigorífica

1. El refrigerante que circula en el evaporador absorbe el calor del medio que deseamos enfriar.
2. Por otra parte, el compresor proporciona también calor que ceden al condensador.
3. Esta mezcla de calor pasa al medio de enfriamiento a través del condensador.

Potencia del refrigerante

Matemáticamente podemos indicar que la potencia cedida por el refrigerante al medio de enfriamiento en el condensador (Q_condensador), es igual a la suma de:

• La potencia absorbida por el refrigerante en el evaporador (Q_evaporador).
• Y la potencia que aporta el compresor al refrigerante (Q_compresor).

Q_condensador = Q_evaporador + Q_compresor

¿Por qué se le llama condensador?

El término condensador viene del concepto condensación, y esto se refiere a que, en la salida del condensador, el líquido refrigerante se enfría y cambia de estado físico.

• Por lo tanto, en el condensador se lleva a cabo una condensación, de ahí el nombre, el líquido refrigerante pasa de estado gaseoso a líquido.

Principales características del condensador de aire dinámico

El tipo de condensador de aire más utilizado es el condensador de aire dinámico, el cual, tiene las siguientes características:

• La estructura común en este tipo de condensadores es un intercambiador de tubo con aletas que puede venir acompañado de uno o más ventiladores.
• El tubo casi siempre lo vamos encontrar hecho de materiales como el cobre o acero, este último indica que se está trabajando con amoniaco.
• Las aletas presentes están hechas de aluminio en la mayoría de los casos y cuentan con una separación de escasos milímetros, aproximadamente: 2 a 4 milímetros.
• Ahora, el aire que mueven los ventiladores entra en contacto con los tubos y las aletas del condensador, dicho aire absorbe el calor que se encuentra en el líquido refrigerante que circula dentro de los tubos.
• Cuanto mayor volumen de aire impulsen los ventiladores, mayor será la cantidad de calor que se extraiga del refrigerante.

Ciclo de transferencia de calor en condensador de aire

Para comprender a la perfección cómo es que el calor es transferido al medio de enfriamiento a través del condensador, analicemos la siguiente gráfica, donde está representado la temperatura de los fluidos aire y refrigerante que circulan a contra flujo.

• En primer lugar podemos ver tres zonas importantes:
  • Zona de enfriamiento: es el tramo que en la gráfica vemos del punto 1 a 2.
  • Zona de condensación: es el tramo que en la gráfica vemos del punto 2 a 3.
  • Zona de líquido subenfriado: es el tramo que en la gráfica vemos del punto 3 a 4.
• Zona de enfriamiento de vapor sobrecalentado (1 a 2):
  • Los vapores sobrecalentados que llegan al compresor entran al condensador (punto 1)
  • En el tramo 1 a 2 existe una disipación de calor sensible que disminuye la temperatura del refrigerante hasta el punto de tener vapor saturado.
  • Presencia de vapor saturado punto 2, aquí inicia la condensación.
• Zona de condensación (2 a 3):
  • El refrigerante que circula por los tubos mantiene una temperatura constante.
  • Y el calor latente es cedido al aire que circula a través del condensador.
  • En esta etapa, aumenta la cantidad de líquido y disminuye la cantidad de vapor saturado.
  • En el punto 3 termina la condensación.
• Zona de líquido subenfriado (3 a 4):
  • El refrigerante continúa circulando a través del tubo disipando calor sensible y, extiende su temperatura, provocando que tengamos refrigerante líquido subenfriado a la salida del condensador, con una temperatura por debajo de la temperatura de condensación.

Los puntos anteriores nos indican que existe una transferencia de calor, del refrigerante al aire de ambiente, ya que:

• Mientras el refrigerante va cediendo calor a través de cada zona.
• El aire del ambiente va absorbiendo calor y aumenta su temperatura, según lo visto en la gráfica en los tramos:
  • I a II
  • II a III
  • Y III a IV

Verlo de esta manera es mucho más fácil comprender cómo es que es que el calor se transfiere desde el medio a enfriar hasta el medio de enfriamiento, que en este caso es el aire.

Potencia térmica del condensador

La potencia térmica que debe ceder el condensador al aire o medio de enfriamiento, lo podemos calcular a través de la diferencia de entalpías de la entrada y salida del condensador multiplicado por el flujo másico, tal como indica la siguiente ecuación:

Q_Condensador = q_m (h₁ - h₄)

Donde:

• Q_Condensador es la potencia térmica a disipar en kw (kJ/s)
• q_m es el caudal másico en kg/s
• h₁ es la entalpía a la salida del condensador kJ/kg
• h₂ es la entalpía a la entrada de condensador en kJ/kg

La fórmula anterior nos indica que:

• Entre mayor sea el caudal másico, mayor potencia térmica cederá el condensador
• Además, entre mayor sea la entalpía de entrada del vapor sobrecalentado que entra al condensador, mayor será la potencia que deberá ceder el condensador al aire.

Superficie de disipación o intercambio en un condensador de aire

Para que el condensador logre disipar el calor proveniente del refrigerante al aire de ambiente, el condensador debe disponer de una superficie suficiente para llevar a cabo esta tarea, y esto lo podemos describir con la siguiente fórmula:

Q_Condensador = K * S (T_Condensador - Tm_aire)

Donde:

• Q_Condensador es la potencia térmica a disipar en kw (kJ/s)
• K es el coeficiente global de transmisión de calor en KW / (m²°C)
• S es la superficie de intercambio en m2
• Tm es la temperatura media de aire de ambiente en °C
• T_aire es la temperatura de condensación en °C

Un punto muy importante a tener en cuenta es que el coeficiente global de transmisión K, depende de varios factores:

• Forma y construcción del condensador.
• Suciedad acumulada en la superficie de los tubos.
• La suciedad al interior de los tubos, debido a que el refrigerante puede llegar arrastrar otros líquidos como el aceite.
• Características del medio de enfriamiento, por lo general es mayor para medios de enfriamiento líquidos como el agua, que para medios de enfriamiento gaseosos como el aire.

Ahora, regresemos a la superficie de disipación o intercambio:

• Entre más grande se la superficie de intercambio, mayor cantidad de calor será disipada por el condensador.
• Es por ello que en el condensador se le suelda una serie de aletas con la intención de aumentar dicha superficie de intercambio.
• Esta superficie se debe medir en metros cuadrados.

Diferencial térmico

Otro factor importante es el diferencial término medio, ya que entre mayor sea la diferencia entre la temperatura media del aire que circula a través del condensador y la temperatura media de condensación del refrigerante, mayor potencia térmica se logrará ceder al medio de enfriamiento.

Sin embargo, el diferencial térmico medio, realmente no nos interesa que sea grande, ya que si este valor es grande, implica que la temperatura de condensación también sea grande, lo que provocará que el compresor realice un mayor trabajo, dando como resultado un mayor consumo de energía eléctrica y obviamente un incremento en nuestra facturación.

La diferencia de temperatura media △T la podemos calcular mediante la siguiente fórmula:

△T_m = T_condensador - Tm_aire

Donde:

• △T_m es la diferencia de temperatura media
• Tm_aire es la temperatura media del aire de ambiente
• T_condensador es la temperatura en el condensador

Ahora para obtener la Tm_aire, podemos utilizar la media aritmética entre el aire que entra al condensador más el aire que sale del condensador, tal como muestra la siguiente expresión:

Tm_aire = (T_ae + T_as)  /  2

Donde:

• Tm_aire es la temperatura media del aire de ambiente
• T_ae es la temperatura del aire a la entrada del condensador
• T_ases la temperatura del aire a la salida del condensador

Aplicaciones de los condensadores de aire

Este tipo de condensador es sumamente utilizado en:

• Sistemas de aire condicionado
• En el sistema de enfriamiento de un automóvil
• En algunas centrales eléctricas

Revisemos rápidamente estos tres casos típicos.

Condensador de aire acondicionado doméstico

El condensador de aire acondicionado tiene como objetivo transferir el calor elevado del refrigerante al medio de enfriamiento que casi siempre es la atmósfera.

Comúnmente podemos identificarlo como un intercambiador de calor, ya que, posee una gran cantidad de aletas que aumentan la superficie, facilitando el intercambio de calor con el medio de enfriamiento, tal como vimos anteriormente.

Funciones principales del condensador en aires acondicionados domésticos

• Este tipo de condensador funciona como un intercambiador de calor, los vapores sobrecalentados se transforman a través de ciertos trabajos de compresión en líquidos subenfriados.
• El sistema se conforma de un tubo que se encuentra unida a un juego de aletas que facilitan el intercambio de calor en función de un ventilador o agua, en este sistema, el condensador de aire acondicionado es un componente que se encuentra en el interior, similar a lo que indica la máquina frigorífica.
• El vapor caliente que sale del compresor entra al condensador, donde, se lleva a cabo la transferencia de calor y, las moléculas de gas se condensan.

Comprar aire acondicionados

A continuación te dejo algunas opciones por las que puedes optar si lo que estas buscando es comprar un aire acondicionado.

Condensador de aire acondicionado en un automóvil

Este tipo de condensador de aire acondicionado, es un tipo de radiador, por lo regular lo podemos encontrar entre la parrilla y el radiador del motor, prácticamente donde esta localizado el refrigerante.

Funcionamiento del condensador de aire en un automóvil

El funcionamiento es similar a lo que hemos visto, ya que en esencia, el líquido refrigerante pasa por el evaporador que está dentro del tablero de instrumentos y de ahí dispersará aire frio dentro del automóvil.

Típicas fallas del condensador de aire en un automóvil

Si notas que al encender el aire acondicionado el interior de auto no cumple con tus expectativas, esto puede ser por varios factores, por ejemplo:

• Podría darse el caso que una bobina del condensador de aire se encuentra obstruida y esta emitiendo aire caliente.
• También puede ser que algún ventilador de refrigeración no esta funcionando correctamente.
• Una falla común es la fuga de líquido refrigerante, esto causa una menor capacidad de disipación del calor.

Comprar condensador de aire acondicionado para vehículos.

Te dejo algunas opciones si estas en búsqueda de reemplazar el condensador en tu auto, solo ten cuidado y comprueba que es el modelo correcto para tu coche.

Condensador de aire en centrales eléctricas

En centrales eléctricas también son muy utilizados los condensadores de aire, ya que su objetivo es condensar el vapor de escape tras la turbina de vapor, donde la transferencia de calor se lleva acabo a través de convección.

Funcionamiento del condensador de aire en una central eléctrica

• Aquí estamos hablando de un circuito de refrigeración cerrado.
• El vapor de agua pasa por un intercambiador de calor, que extrae el calor del medio a enfriar al medio de enfriamiento que en este caso es el aire ambiente.
• Ahora, al principio te mencione que es un circuito cerrado, esto es por que, el condensado resultante es recogido y vuelve a ser parte del circuito termodinámico para que vuelva a ocurrir el proceso.

Excelente, hemos llegado al final de este post, espero que cada concepto lo hayas podido comprender y ahora comprendas ¿Qué es un condensador de aire? Pero no solo eso, sino todo el procesos y factores que influyen en el rendimiento de este tipo de máquina, sin más, nos vemos en el siguiente post.