¿Qué es un sistema de refrigeración?
Un sistema de refrigeración es un proceso o arreglo mecánico que se encarga de bajar la temperatura entre dos puntos. Para que este proceso se lleve a cabo, intervienen las propiedades termodinámicas de la materia, que son las encargadas de transferir energía térmica o calor entre dos puntos.
La principal diferencia entre un sistema y un circuito de refrigeración es la complejidad del circuito, ya que los sistemas son solo una simple disposición del circuito, en el que cobran mayor importancia otras variables como el balance de masa, la energía, la transferencia de calor, etc.
Hay dos configuraciones básicas de un sistema de refrigeración según el método de inyección de refrigerante o su construcción.
Refrigeración por compresión
Se basa en el funcionamiento de la energía mecánica del circuito a través de la compresión de un fluido refrigerante. Cuando se condensa, este fluido desprende calor latente a una temperatura inferior a la que se absorbió cuando se evaporó el propio refrigerante. La compresión del fluido refrigerante en el compresor es la encargada de mantener el ciclo que, tras pasar por el evaporador, la válvula de expansión y el condensador, se repite posteriormente, pasando por diferentes presiones y por tanto diferentes condiciones de temperatura.
Refrigeración por absorción
Su funcionamiento es el mismo que en la refrigeración por compresión, ya que consiste en producir frío mediante la transferencia de calor mediante cambios de estado de determinados fluidos refrigerantes. En este caso, no es el compresor el aspecto clave sino las propiedades del fluido refrigerante, que es capaz de absorber las propiedades de otra sustancia en fase vapor…
Ejemplos de este tipo de sustancias son el bromuro de litio, el amoníaco o el agua en fase vapor, aunque este método suele utilizarse únicamente cuando existe una fuente de calor barata o residual, ya que es un método económico, pero poco eficiente, ya que, dependiendo del fluido usado, no puede enfriarse a temperaturas por debajo del punto de congelación del agua, por ejemplo.
Tipos de sistemas de refrigeración.
Como se mencionó anteriormente, los sistemas de refrigeración se pueden clasificar según el método de inyección de refrigerante o construcción.
Sistema de refrigeración para cámaras frigoríficas
En las cámaras frigoríficas se pueden utilizar diferentes tipos de sistemas de refrigeración debido a los múltiples factores que inciden directamente en las necesidades de refrigeración para la conservación y mantenimiento del producto almacenado. Por ejemplo, las dimensiones de la cámara frigorífica, el número de aperturas de puertas, la carga de la cámara frigorífica, los requisitos del producto almacenado, el tipo de material de construcción de la propia cámara frigorífica…
Los principales sistemas son:
Directos: el gas refrigerante comprimido y condensado sale del equipo y se distribuye a las unidades remotas (evaporadores). Este tipo de sistema se usa principalmente en aplicaciones comerciales más pequeñas debido a las limitaciones de carga de refrigerante en la industria.
Indirecta: el gas refrigerante está confinado en la zona de generación de frío, donde la potencia frigorífica se transfiere a un fluido secundario mediante un intercambiador. El fluido (agua, glicol o salmuera), impulsado por un sistema de bombeo, lo conduce a los elementos finales como enfriadores de aire, intercambiadores, serpentines de tanques, etc. Este tipo de sistema se utiliza principalmente en grandes aplicaciones industriales debido a que el uso de un fluido secundario como glicol, salmuera o agua abarata el coste de la carga de refrigerante en este caso, mostrando un alto rendimiento.
Sistema de refrigeración básico
Está hecho de:
Compresor: encargado de comprimir el fluido refrigerante y aumentar su presión para transportar el calor por todo el circuito.
Evaporador: es el encargado de reducir la presión y temperatura del fluido refrigerante después de salir del compresor hasta convertirlo en líquido a menor temperatura y presión, cediendo el calor al exterior.
Válvula de expansión: encargada de aumentar la presión del refrigerante hasta convertirlo en líquido tras su paso por el condensador.
Condensador: Es el encargado de enviar al exterior la energía térmica del líquido refrigerante que, hasta que llegue de nuevo al compresor, se volverá a convertir en gas debido al aumento de presión provocado por el cambio de temperatura del intercambio de refrigerante.
Sistema de refrigeración por compresión de vapor
Este es un sistema de compresión en el que los compresores se encargan de activar el refrigerante comprimiéndolo a alta presión y temperatura después de haber producido el efecto refrigerante. De esta forma, el refrigerante comprimido cede su calor al exterior y se condensa, volviendo a su forma líquida, consiguiendo así el efecto refrigerante durante la evaporación, que es el proceso más común y básico en refrigeración.
Sistema de refrigeración de amoníaco
Cabe señalar que la refrigeración con amoníaco o NH3 es actualmente una alternativa económica y más eficiente. Sus propiedades termodinámicas lo hacen altamente eficiente, pudiendo alcanzar temperaturas de hasta -70ºC en sistemas de expansión directa.
La refrigeración con amoníaco tiene ciertas ventajas para su uso:
- Rendimiento termodinámico superior en comparación con otros refrigerantes.
- Es un refrigerante ambientalmente seguro con cero GWP.
- Tiene un bajo costo y se requiere una cantidad menor para la misma aplicación que otros refrigerantes.
- Su fuerte olor puede ser un signo de rápida identificación en caso de fuga.
- Los equipos de refrigeración con amoníaco son más seguros para fines preventivos.
Las desventajas incluyen:
- El amoníaco no es compatible con el cobre, por lo que no podemos utilizarlo para su construcción.
- Aunque es un refrigerante seguro, el amoníaco es un refrigerante tóxico.
Sistema de refrigeración de CO2.
La principal diferencia entre el CO2 y otros refrigerantes es la presión de funcionamiento a la que trabaja. Sin embargo, esto lo convierte en un gas de alta densidad, logrando un mayor efecto de enfriamiento con una masa circulante baja. Ventajas de usar CO2 como refrigerante:
- PCA = 1.
- No es inflamable.
- Baja toxicidad (sólo peligroso en altas concentraciones).
- Contiene un alto coeficiente de transferencia de calor.
- Alta eficiencia, bajo consumo de energía.
- No tiene efectos secundarios a largo plazo.
- Es rentable y no tiene riesgo de obsolescencia.
- Alta disponibilidad, ya que se obtiene como subproducto de diferentes procesos.
- Se puede mezclar con lubricantes POE, PGA y PVE.
El CO2 también tiene una serie de inconvenientes y restricciones para su uso en refrigeración:
- Funciona a temperaturas y presiones más altas que los HFC y otros refrigerantes.
- En caso de fuga, el CO2 se acumula en el suelo, desplazando el aire; y al ser inodoro, no se puede detectar por el olfato.
- El CO2 solo es adecuado para sistemas nuevos. Como refrigerante de alta presión y temperatura crítica baja, no es adecuado para la conversión de sistemas con refrigerantes fluorados existentes.
- El precio del sistema es alto.
