El hombre ha necesitado desde siempre procurar sus alimentos y ver de qué manera podia extenderle a los mismos su vida útil. Uno de los procedimientos mas utilizados algunos siglos atrás, fue el salado de los alimentos, la sal de por si no mata las bacterias pero frena el desarrollo de las mismas
Esta necesidad de preservar alimentos fue sin dudas lo que impulsó con mucha fuerza el desarrollo de la industria de la refrigeración , a partir de la obtención de “frío artificial”, se potenció enormemente la manutención de alimentos.
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”
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¿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 el 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, pudiendo además incluir a los sistemas de aire acondicionado, es decir que en todos los casos habrá un refrigerante , sistema de evaporadores , sistema de compresores y sistema de condensación.
La refrigeración doméstica es aquella con la que convivimos en nuestros hogares, la refrigeración comercial es propia de supermercados o hipermercados para conservación de sus productos.
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La potencia eléctrica de instalaciones industriales es generalmente superior a la potencia requerida en instalaciones comerciales y sus aplicaciones son mucho amplias, siendo en la mayoría de los casos parte del proceso productivo.
En refrigeración domestica y comercial se utilizan generalmente compresores herméticos o semiherméticos cuya característica principal es que el refrigerante entra en contacto directo con el bobinado del estator del motor eléctrico y se utilizan refrigerantes mal llamados ecológicos , ya que si bien no alteran la capa de ozono SI contribuyen al efecto invernadero.
La mayoría de las instalaciones de refrigeración industrial utilizan el único refrigerante que no altera la capa de ozono ni contribuye al efecto invernadero , el amoniaco NH3 , designado como R-717.
Las cañerías de las instalaciones de refrigeración industrial, los evaporadores y condensadores , están fabricadas con cañerías de acero al carbono o acero inoxidable , en instalaciones domésticas y comerciales son mayoritariamente de cobre.
Instalaciones comerciales y domésticas el medio de condensación utilizado generalmente es aire , no así en las instalaciones de refrigeración industrial donde se utiliza aire más agua.
Una última distinción que podemos mencionar está en relación a la manera de alimentación de evaporadores, refrigeración doméstica o comercial se utilizan evaporadores secos o de expansión directa, en refrigeración industrial los más utilizados son recirculados e inundados, las características de cada de modo de alimentación lo explicaré en el proximo posteo !!
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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.
