En un refrigerador, el evaporador siempre se sitúa en un espacio aislado térmicamente. A veces, este espacio constituye todo el refrigerador. El compresor suele tener una capacidad excesiva, de forma que si funcionara continuamente produciría temperaturas más bajas de las deseadas. Para mantener el refrigerador a la temperatura adecuada, el motor que impulsa el compresor está controlado por un termostato o regulador. En los refrigeradores pequeños empleados en las viviendas para almacenar comida, el calor del condensador se disipa a la habitación donde se sitúa. En los acondicionadores de aire, el calor del condensador debe disiparse al exterior directamente o al agua de refrigeración de la torre de enfriamiento.

Las máquinas frigoríficas pueden funcionar mediante sistemas por compresión o por absorción.Ambos tipos comparten elementos:

• Los intercambiadores (evaporador/condensador) pueden tener muchos diseños, pero los más comunes están constituidos por largas tuberías de un material buen conductor del calor, como el cobre o el aluminio rodeados de aletas para facilitar la conducción del calor desde el interior del tubo y su intercambio por radiación/convección a otro fluido, normalmente aire o agua.
• El dispositivo de expansión básicamente consiste en un orificio delgado que tiene dos misiones: separar la zona de alta y baja presión y regular la cantidad correcta de refrigerante líquido que llega al evaporador. Puede ser de dos tipos:El dispositivo de expansión básicamente consiste en un orificio delgado que tiene dos misiones: separar la zona de alta y baja presión y regular la cantidad correcta de refrigerante líquido que llega al evaporador. Puede ser de dos tipos:
  
  
  
  • Tubo capilar que regula el flujo de refrigerante por caída de presión. Es un tubo de cobre con un diámetro interno pequeño cuidadosamente calibrado sin partes móviles. El diámetro y la longitud del tubo, que puede ser bastante largo y a menudo se enrolla para ahorrar espacio, determinan cuanto líquido pasará a través del tubo con independencia de la potencia refrigeradora con que funcione la máquina, por lo que se usa donde la carga térmica es relativamente constante y en equipos pequeños para ahorrar coste. Como no puede detener el paso del líquido hacia el evaporador cuando se para el compresor, las presiones de alta y baja se igualarán durante el ciclo de apagado. Esto reduce la necesidad de tener un compresor con un alto par de arranque.
  
  
  
  • Válvula de expansión termostática VET que regula la cantidad de refrigerante líquido que fluye hacia el evaporador utilizando sensor de temperatura de tipo bulbo colocado a la salida del evaporador. Si el refrigerante que sale está demasiado caliente, lo que es indicativo de que no hay suficiente refrigerante líquido en el evaporador, la válvula abre. Si el refrigerante sale frío la válvula cierra para evitar que llegue refrigerante líquido a la línea de succión. Debido a la precisión de operación y al coste de este dispositivo, generalmente se usa en equipos medianos y grandes.

4.2.1.1 COMPONENTES COMUNES A AMBOS SISTEMAS

Este sistema se caracteriza por el uso de compresor además de los elementos comunes. El compresor tiene la misión de aspirar el vapor del evaporador y con ello bajar la presión y la temperatura en el mismo, así como aumentar la presión en el condensador para facilitar la condensación. Los principales tipos de compresores empleados en refrigeración son los de pistón en máquinas medianas y pequeñas que suelen estar encerrados bajo una carcasa hermética para evitar pérdidas de refrigerante y minimizar el ruido.
También se utilizan de otros tipos como los scroll y los de tornillo en máquinas grandes.

Durante muchos años, los refrigerantes más utilizados fueron los compuestos clorofluorocarbonados (CFC) como el R-12, R-11 y el R-22, sobre todo, en los refrigeradores domésticos; sin embargo, se descubrió que destruyen la capa de ozono, por lo que se prohibió su fabricación desde 1995 y fueron sustituidos por los hidroclorofluorocarbonos, HCFC, y el metilbromuro cuyos efectos sobre la capa de ozono son el 10% de los anteriores, pero producen gases de efecto invernadero, por lo que también se tratan de eliminar. Posteriormente se han encontrado otras soluciones, como la conocida con el nombre de «refrigerantes verdes», o refrigerantes de bajo PCA (poder de calentamiento atmosférico) como el R-407C, el R-134A y el R-410A, que son compuestos HFC, pero su tendencia también es a eliminarlos. Curiosamente, el problema medioambiental está haciendo que se vuelva a los ahora llamados «refrigerantes naturales» como el amoníaco, que son los más antiguos y su aplicación se ha mantenido hasta hoy en día y muchos profesionales lo consideran como el refrigerante del futuro.

4.2.1.2 SISTEMAS DE ABSORCIÓN

En vez de compresor utilizan una especie de caldera de alta presión llamada generador un recipiente a baja presión llamado absorbedor, una bomba para trasegar líquido desde el absorbedor al generador y un conducto para trasegar líquido en sentido contrario.
Su funcionamiento es el siguiente: un quemador de gas u otro sistema que aporte calor como un colector solar, calienta una disolución concentrada de amoníaco en agua en un recipiente a presión (a unos 20 bar) llamado generador. El amoníaco (refrigerante) se desprende en forma de vapor y se conduce hacia el condensador, donde cede calor, por lo que se condensa.
Ya en estado líquido, el amoníaco es impulsado por la diferencia de presión, desde el condensador hasta el evaporador atravesando la válvula de expansión (o un capilar), donde el líquido pierde presión y pasando de los 20 bar del condensador a los 4 bar reinantes en el evaporador, por lo que se vaporiza parcialmente enfriándose hasta unos 3º C.
En el evaporador el amoníaco líquido se evapora absorbiendo calor del entorno. Después, se introduce este vapor en un recipiente llamado absorbedor donde es reabsorbido por la disolución de amoniaco diluida parcialmente enfriada que proviene del generador y se rocía en el absorbedor.

Finalmente se cierra el ciclo al introducir la disolución concentrada de amoníaco, formada en el absorbedor, en el generador mediante una bomba
Para los frigoríficos el sistema de absorción utiliza amoníaco como refrigerante. En los sistemas de acondicionar el aire en los que resultan adecuadas temperaturas de refrigerante entre 7 y 10 C se puede utilizar agua como refrigerante, y una disolución acuosa de alguna sal, normalmente bromuro de litio, como material absorbente. El agua hierve a temperatura muy baja en el evaporador porque la presión es muy reducida.
La ventaja potencial de este sistema es la de necesitar menos trabajo mecánico (menos electricidad) que los sistemas de compresión, pues en su lugar emplea energía térmica que puede suministrarse a partir de fuentes renovables como un colector solar.

4.2.2 CICLO TERMODINÁMICO

El ciclo termodinámico de la refrigeración es semejante para los sistemas con compresor y por absorción, por lo que se describe para el primer caso.

• Proceso 1-2: compresión adiabática que se realiza en el compresor. Se parte de vapor húmedo (punto 1’, mezcla de gas [mucho] con líquido [poco] [La proporción líquido-vapor es expresada por la longitud del segmento 1’-1 respecto de la longitud de todo el segmento horizontal inferior] o de vapor saturado (punto 1, gas puro) y se eleva la presión y temperatura hasta obtener vapor saturado (2’, gas puro a la temperatura de saturación, [temperatura de cambio de estado para esa presión], representada por la horizontal) o vapor sobrecalentado (2, gas a una temperatura superior a la de saturación). La curva 2-2’-3 formado por dos tramos curvos y uno central recto representa una línea de presión constante en el plano Ts, en este caso la presión de salida del compresor que es la presión reinante en el condensador.
• Proceso 2-3 Cesión de calor a presión y a temperatura constante. El gas a alta presión se transforma posteriormente en líquido en el condensador. Notar que como se está produciendo un cambio de fase (condensación) tanto la presión como la temperatura permanecen constantes.
• Proceso 3-4, expansión adiabática y teóricamente isentrópica, aunque en la práctica nunca es isentrópica debido a la fuerte irreversibilidad del proceso. El proceso se realiza cuando el líquido pasa por el dispositivo de expansión (orificio fino o tubo capilar), perdiendo presión y reduciendo su temperatura hasta alcanzar las condiciones que existen en el evaporador. En el gráfico el proceso ideal (isentrópico) se representa por la línea (3-4’), y el real, no isentrópico, por la línea (3-4).
• Proceso 4-1: absorción de calor en el evaporador, el refrigerante absorbe calor a temperatura y presión baja.

Los dos tipos principales de sistemas de refrigeración son el sistema de compresión (el cual Ein = trabajo, W), empleado en los refrigeradores domésticos grandes y en la mayoría de los aparatos de aire acondicionado, y el sistema de absorción, que en la actualidad se usa sobre todo en los acondicionadores de aire por calor, aunque en el pasado también se empleaba en refrigeradores domésticos.