¿Qué Implica la Refrigeración Industrial? Conceptos Clave y Aplicaciones

Historia de la refrigeración

Las primeras experiencias de refrigeración industrial datan del año 1715 mediante la utilización de productos químicos.

Una de las funciones más importantes de la refrigeración, es disminuir la velocidad de las transformaciones microbianas y bioquímicas en los alimentos. De esta manera, se puede extender la vida útil tanto de los alimentos frescos como de los productos elaborados.

La refrigeración mecánica se inició en el año 1805  y sigue desarrollándose hasta hoy no solo para la conservación de alimentos, la refrigeración es parte de muchos procesos industriales incluyendo además sistemas de aire acondicionado para confort.

¿Qué es la refrigeración ?

Es un proceso mediante el cual se desea disminuir la temperatura de una sustancia desde una temperatura inicial a una temperatura final en un periodo de tiempo preestablecido, las sustancias pueden ser sólidas, líquidas o gaseosas pudiendo haber cambios de estado de agregación pasando de líquido a sólido o de gas a líquido.

La refrigeración también está presente en el mantenimiento de una temperatura preestablecida de un local por debajo del valor de la temperatura ambiente.

En todos los procesos de refrigeración existe un intercambio de energía entre los focos “calientes” y “fríos” , la energía intercambiada es “calor”

¿Qué es el calor ?

Es una forma de energía , este concepto es del siglo XIX , habiendo sido Rumford y Joule los impulsores de esta afirmación. 

De manera “natural” el calor pasa de una fuente caliente hacia una fuente “fría”, decir de manera natural significa que no requiere una instalación de refrigeración y por lo tanto ningún gasto de energía eléctrica , el proceso descripto anteriormente está implícito en el segundo principio de la termodinámica enunciado por Sadi Carnot en el año 1824. 

El segundo principio está presente en forma permanente en nuestras vidas,  como al esperar que nuestro café de la mañana se enfríe para poder beberlo a nuestro gusto.

Por lo tanto en ningún caso el calor fluye de un cuerpo frío a otro caliente sin la aportación de un trabajo externo, es decir sin aporte de energía exterior.

¿Qué es un refrigerante ?

El refrigerante es un fluido que sirve como medio de transporte del “calor”, para circular desde la fuente “fría” (por ejemplo : cámara frigorífica) a la fuente “caliente” (condensador) a través de las cañerías de refrigeración que vinculan los distintos equipos de la instalación: evaporadores – compresores y condensadores.

¿Cuál es el equipamiento de una instalación de refrigeración?

A continuación explicaré de manera sencilla y netamente conceptual la función y el proceso que ocurre en cada elemento de la instalación, desde el evaporador hacia el condensador.  

El evaporador es un intercambiador de calor donde circula el refrigerante “frío” que recibe calor del medio a refrigerar  y ese calor produce la evaporación del refrigerante pasando de líquido a vapor, evolución 4 – 1 de la FIG.1.

Esos vapores son aspirados por el compresor , en el proceso de compresión los vapores aumentan de presión y temperatura, evolución 1 – 2 de la FIG.1,  y son descargados al condensador, que también es un intercambiador de calor.

En el condensador el refrigerante se enfría hasta la temperatura de condensación y pasa del estado de vapor al estado de líquido a la presión de condensación, evolución 2 – 3 de la FIG.1.

El enfriamiento puede ser mediante aire ambiente o una combinación de aire y agua con lo que se obtiene una menor presión de condensación frente a los condensadores enfriados solamente por aire.

El proceso continúa con la llegada de ese refrigerante líquido hasta la válvula de expansión existente en la entrada al evaporador, a través de la expansión en dicha válvula el refrigerante disminuye su temperatura y presión, una pequeña fracción se vaporiza sin que haya efecto de refrigeración, evolución 3 – 4 de la FIG.1 y el líquido remanente a baja presión y temperatura repite el proceso ya descrito de evaporación y por lo tanto de refrigeración.

La temperatura de evaporación , existente sobre la superficie “fría” del evaporador depende de la presión a la cual se evapora el refrigerante , esa presión la fija el compresor de refrigeración, cuanto más baja sea la presión de evaporación más baja será la temperatura de evaporación, es la presión existente en el punto 1 de la FIG.1

En la figura 1  se indican energías entrantes y salientes al sistema de refrigeración, siendo :  

QL : Cantidad de calor extraída por evaporador del medio a refrigerar.

WC : Energía eléctrica demandada por el compresor

QH : Cantidad de calor evacuada al medio disponible de condensación.

La cantidad de calor evacuada en el condensador es la suma del calor extraído en el evaporador MÁS la energía demandada por el compresor teniendo en consideración que cada HP tomado por el motor del compresor equivale a 632 Cal/hora.

Es decir QH = QL + WC , la energía eléctrica consumida por el motor eléctrico del compresor se transforma en calor que debe ser evacuado en el condensador, con el valor de QH se selecciona el condensador de la instalación , no olvidar o considerar despreciable el valor de WC.

¿Qué es la refrigeración industrial ?

Hemos escuchado muchas veces hablar de refrigeración doméstica, comercial e industrial. Los principios termodinámicos son comunes en las tres clases de refrigeración mencionadas, y también pueden incluir a los sistemas de aire acondicionado. En todos los casos, encontraremos componentes esenciales como un refrigerante, sistema de evaporadores, sistema de compresores y sistema de condensación.

La refrigeración doméstica es la que utilizamos en nuestros hogares, mientras que la refrigeración comercial se aplica en supermercados o hipermercados para conservar productos. La potencia eléctrica requerida en instalaciones industriales generalmente es mayor que la necesaria en instalaciones comerciales, y su alcance es mucho más amplio, a menudo formando parte integral del proceso productivo.

La refrigeración industrial es un proceso utilizado en diversas industrias para enfriar y mantener a temperaturas controladas equipos, maquinaria y procesos industriales. Su objetivo principal es evitar el sobrecalentamiento y garantizar el funcionamiento eficiente de las instalaciones industriales, así como preservar la calidad de los productos almacenados o producidos. Esto implica el uso de sistemas de refrigeración más grandes y potentes en comparación con los sistemas de refrigeración convencionales en entornos domésticos o comerciales. Los sistemas de refrigeración industrial pueden emplear una variedad de técnicas y tecnologías, como compresión de vapor, absorción, ciclo Rankine, evaporación, entre otras, dependiendo de las necesidades específicas de la aplicación y del tipo de industria en la que se utilicen. Es esencial para garantizar la seguridad, la calidad y la eficiencia en una amplia gama de industrias y procesos industriales.

En la refrigeración doméstica y comercial, se suelen emplear compresores herméticos o semiherméticos, caracterizados por permitir que el refrigerante entre en contacto directo con el bobinado del estator del motor eléctrico. Estos sistemas a menudo utilizan refrigerantes que, aunque a veces se denominan “ecológicos”, aún contribuyen al efecto invernadero, aunque no afecten la capa de ozono.

En cambio, la mayoría de las instalaciones de refrigeración industrial utilizan amoniaco (NH3) como refrigerante, designado como R-717, el cual no afecta la capa de ozono ni contribuye al efecto invernadero. Las tuberías de las instalaciones de refrigeración industrial, los evaporadores y condensadores, generalmente están fabricadas con acero al carbono o acero inoxidable, mientras que en las instalaciones domésticas y comerciales, se utilizan en su mayoría tuberías de cobre.

En las instalaciones comerciales y domésticas, el medio de condensación más comúnmente utilizado es el aire, mientras que en las instalaciones de refrigeración industrial, se emplea una combinación de aire y agua.

Por último, otra distinción importante se encuentra en la forma de alimentación de los evaporadores. En la refrigeración doméstica o comercial, se utilizan evaporadores secos o de expansión directa, mientras que en la refrigeración industrial, los más comunes son los evaporadores recirculados e inundados. Las características de cada tipo de alimentación se pueden explicar en un próximo posteo.

Conclusiones generales

Los comentarios finales aportan finalmente una serie de aspectos que en su conjunto nos permiten tener una idea general respecto de la clasificación habitual de las instalaciones de refrigeración, por supuesto podríamos seguir destacando diferencias entre los distintos tipos de instalaciones de refrigeración pero considero suficiente y bastante amplio lo destacado en el presente post.