A nivel mundial, los sistemas de refrigeración industrial forman parte indispensable de la mayoría de los procesos de manufactura. Su aplicación es muy extensa y abarca sectores tan variados y diversos como el de los alimentos, plásticos, químicos, textiles, construcción y más.
Por esta razón, hablaremos un poco sobre este importante componente del sector industrial, explicándote de qué se trata, su importancia, sus componentes, tipos y sus distintas aplicaciones.
¿Qué Es La Refrigeración Industrial?
La refrigeración industrial se define como el proyecto que incluye equipos y accesorios destinados a extraer el calor a gran escala, tanto de procesos de fabricación, como de maquinarias, materiales y productos.
Esto se logra bajando la temperatura de esos procesos y materiales a un valor determinado. En esencia, los sistemas de refrigeración industrial son máquinas y sistemas que se utilizan para eliminar el calor de un producto o proceso determinado.
Existen varios procedimientos para aplicar la refrigeración industrial, dependiendo de los diferentes parámetros, variables y la escala de producción de un determinado proceso.
Adicionalmente, la refrigeración industrial se emplea para climatizar y conseguir un ambiente de trabajo apropiado tanto para personas cómo máquinas y procesos, empleándose en industrias donde se genera una alta cantidad de calor o en equipos que necesitan disiparlo.
La refrigeración industrial ha sido de suma importancia desde inicios del siglo XX. Industrias como la de alimentos y bebidas, farmacéutica o petroquímica han alcanzado desarrollos importantes gracias a los sistemas de refrigeración industrial.
Tipos De Sistemas De Refrigeración Industrial
Existen 4 tipos de sistemas de refrigeración industrial principales. Tienen muchas similitudes ya que cumplen con un ciclo de extracción y liberación de calor muy parecido. Sin embargo, existen diferencias básicas y aquí te las vamos a mostrar.
1. Sistemas de refrigeración por compresión mecánica
El método de ciclo de refrigeración más utilizado es el de compresión mecánica. Tiene aplicaciones tanto en climatización industrial como en refrigeración comercial e industrial. Como su nombre lo indica, estos sistemas transfieren calor comprimiendo mecánicamente el refrigerante en un líquido frío a baja presión y expandiéndolo en un gas caliente a alta presión.
Los refrigerantes son sustancias que pueden hervir en un amplio rango de temperaturas con la aplicación o eliminación de presión. Como todos los líquidos, absorben calor cuando hierven y se convierten en gas, y lo liberan cuando se condensan de nuevo en líquido.
Este cambio de estado se aprovecha de forma cíclica para extraer calor de un proceso, trasladarlo y liberarlo. Puedes encontrar varias configuraciones diferentes de este tipo de sistema, incluyendo la configuración en cascada. Tenemos un post dedicado exclusivamente a estos sistemas: ¿Qué es un sistema de refrigeración por cascada?
2. Sistemas de refrigeración por absorción
El calor también se transfiere en los sistemas de refrigeración por absorción al comprimir y expandir el refrigerante. Estos sistemas se basan en el proceso de absorción y calor, en lugar de un compresor mecánico accionado eléctricamente.
A diferencia de los sistemas de refrigeración por compresión mecánica, que suelen utilizar R-22 y R-410A como refrigerantes, los sistemas de refrigeración por absorción utilizan refrigerantes que atraen y absorben otras sustancias.
Por ejemplo, los enfriadores HVAC residenciales a menudo usan amoníaco como refrigerante y agua como absorbente. El agua se encuentra en un componente llamado absorbedor, donde succiona el amoníaco del lado de baja presión del sistema y elimina el calor mientras lo absorbe.
Una bomba envía la solución de agua y amoníaco a un generador, que la hierve, separando el amoníaco del agua antes de enviarlo al lado de alta presión.
Además del proceso de absorción, también se usa calor para mover el refrigerante por todo el sistema. El calor puede provenir de agua caliente, vapor, gas natural u otras fuentes de combustible. Tenemos un post completo dedicado a este tipo de sistemas: La refrigeración por absorción.
3. Sistemas de enfriamiento evaporativo
A diferencia de los sistemas de refrigeración por absorción y compresión mecánica mencionados anteriormente, el enfriamiento por evaporación no utiliza el ciclo de refrigeración tradicional.
En cambio, estas unidades a menudo llamadas enfriadores evaporativos, enfrían el aire exterior más cálido al soplarlo sobre almohadillas empapadas de agua a medida que ingresa al recinto.
El agua absorbe el calor del aire y se evapora. El aire más frío se canaliza hacia el ambiente que se quiere climatizar y el aire caliente sale de ella. Los enfriadores evaporativos pueden reducir la temperatura del aire entre 8 y 20 °C, pero son más adecuados para climas secos.
También son menos costosos de instalar y usan aproximadamente una cuarta parte de la energía de los acondicionadores de aire centrales. Estos sistemas son los más comunes para la climatización de galpones industriales y grandes áreas como centros comerciales.
4. Sistemas de refrigeración termoeléctrica
Los sistemas de refrigeración termoeléctricos son los únicos en los que no se utiliza refrigerante ni agua. Estos sistemas utilizan una corriente eléctrica y un termopar. El termopar, también conocido como celda Peltier está formado por dos hilos metálicos diferentes que están unidos por ambos extremos. El aislamiento separa el resto de los cables entre sí. Cuando la corriente se dirige al termopar, un extremo se calienta y el otro se enfría.
Invertir la dirección de la corriente tiene el efecto de intercambiar las uniones frías y calientes. El extremo caliente generalmente se colocará fuera del área que se va a enfriar con un disipador de calor adjunto para mantenerlo a la misma temperatura que el aire circundante.
El lado frío, que está por debajo de la temperatura ambiente, se coloca en el área a enfriar, atrayendo el calor del aire. Este tipo de refrigeración generalmente se usa para pequeñas cargas de refrigeración que pueden ser de difícil acceso, como los sistemas electrónicos.
Componentes De Los Sistemas De Refrigeración Industrial
A continuación, haremos un análisis de los 5 elementos claves de todos los sistemas de refrigeración industrial, así podrás entenderlos mejor:
1. Refrigerantes
Estos son los diferentes fluidos que transportan el calor de una zona a otra dentro del sistema. Pueden ser gases especiales con propiedades refrigerantes o cualquier otra sustancia que permita refrigerar el proceso, incluso el agua.
Los fluidos refrigerantes más comúnmente utilizados en entornos industriales son el amoníaco y el R-134A. Otros refrigerantes que se pueden usar incluyen dióxido de carbono, hidrocarburos y fluorocarbonos.
2. Compresor
Después que el refrigerante se evapora debido al calor, ingresa al compresor, un dispositivo que elevará tanto su presión como su temperatura. Para que sea eficaz, la temperatura debe ser más alta que la del fluido de condensación para continuar el ciclo de refrigeración.
Además, el compresor también funciona como una bomba, ya que mueve el fluido a través del sistema. Los compresores industriales son de los siguientes tipos:
- Centrífugo.
- Giratorio.
- De Tornillo.
- De Pistón.
Podemos ver más sobre el funcionamiento de los compresores de refrigeración en el siguiente post: Compresores de refrigeración.
3. Condensador
Después de salir del compresor, el refrigerante ingresa al condensador o serpentín, lo cual generalmente ocurre al aire libre. El serpentín del condensador generalmente está expuesto a algo frío, lo que facilita que el refrigerante libere calor.
Este entorno de liberación de calor puede ser el aire exterior, agua y otros tipos de fluidos. Cuando libera calor, el fluido se condensa y pasa a fase líquida. El objetivo crucial es que el refrigerante salga del condensador más frío, pero con la misma presión. En los sistemas de refrigeración industrial se emplean tres tipos de condensadores:
- Condensadores enfriados por aire: El refrigerante es expuesto al aire exterior para bajar su temperatura, a veces usando un ventilador o soplador para mover el aire por toda la superficie.
- Condensadores refrigerados por agua: Se utiliza un segundo tubo lleno de agua envolviendo a su vez la tubería que transporta el refrigerante. El calor se transfiere al agua, extrayéndolo lejos del refrigerante.
- Condensadores evaporativos: El serpentín de refrigerante es rociado con agua para transferir el calor, creando aire caliente y húmedo que es forzado a salir del sistema con un ventilador o soplador. Este es el tipo de condensador más empleado a nivel industrial.
4. Dispositivo de expansión
En este elemento el fluido refrigerante ingresa luego de salir del condensador. Aquí se cumplen dos funciones clave:
- Se disminuye la presión.
- Se reduce la tasa de flujo de refrigerante hacia el evaporador.
Este dispositivo esencialmente es una válvula entre las zonas de alta y baja presión de un ciclo de refrigeración. Es en este punto donde el refrigerante pasa a una temperatura que es capaz de refrigerar.
5. Evaporador
Esta es la etapa culminante del ciclo, donde se absorbe todo el calor no deseado. Esto es similar al condensador, ya que también es un serpentín, con la diferencia de que aquí el refrigerante absorbe el calor y se convierte en gas.
El refrigerante sale del evaporador en forma de vapor para entrar nuevamente al compresor. Las aplicaciones industriales utilizan evaporadores de bobina, de aire o enfriadores de líquido. Todo dependerá de cómo se necesite aprovechar la refrigeración en el proceso.
Aplicaciones De La Refrigeración Industrial
Algunos de los entornos industriales donde estos sistemas son utilizados son en:
1. Industria eléctrica
Como la generación de electricidad se basa, en ciertos casos, en la quema de diferentes combustibles, el aire de entrada debe estar a determinada temperatura. Esto para conseguir una mayor eficiencia de la combustión.
Si la temperatura del aire de entrada es muy alta, la densidad de oxígeno disminuye, mermando la combustión y por ende, la producción eléctrica. Es por esto que se emplean sistemas de refrigeración industrial para enfriar las corrientes de aire de alimentación.
Además, los componentes de los sistemas de producción y distribución de electricidad, como los generadores y transformadores eléctricos, producen calor cuando están en funcionamiento. Por ello, se utilizan sistemas de refrigeración para enfriarlos y optimizar su operatividad.
2. Industrias química y petroquímica
Las destilaciones, cristalizaciones o condensaciones, procesos típicos de estas industrias, son operaciones que requieren la eliminación de calor. Por lo tanto, los sistemas de refrigeración industrial son esenciales para fabricar sus productos.
Es estas industrias, los procesos utilizan plantas de refrigeración a gran escala, las cuales requieren un gran caudal de agua y una ubicación especial si emplean agua de mar o de un río. Se emplean ciclos de compresión y de absorción para enfriar la corriente caliente del proceso, después de que el calor se haya disipado en otras operaciones.
Además, dado que también se requieren corrientes calientes en otras partes del proceso, se utilizan intercambiadores de calor para calentar estas corrientes y maximizar la eficiencia de la operación.
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3. Industria farmacéutica
Muchos de los procedimientos de esta industria implican reacciones biológicas o bioquímicas, las cuales solo tienen lugar bajo estrictas condiciones en las que las especies microbiológicas generan compuestos químicos en su máximo rendimiento.
Para la industria farmacéutica, la temperatura es uno de los parámetros más importantes, ya que las cepas empleadas para la producción de fármacos y medicinas son almacenadas normalmente a bajas temperaturas.
4. Industria de alimentos y bebidas
En esta industria, un aspecto crucial para conservar los productos y evitar posibles contaminaciones microbiológicas es mantener la cadena de frío, donde cada uno de ellos tiene sus propias condiciones óptimas de almacenamiento y conservación.
Productos como pescados, aves, carnes, lácteos o frutas, necesitan de sistemas de refrigeración en su procesamiento para mantenerlos a bajas temperaturas y prolongar así el periodo recomendado de consumo. De esta manera se preserva su seguridad alimentaria.
En ramas de esta industria, como la cervecera, se requieren varios sistemas de refrigeración para culminar las reacciones biológicas y químicas que tienen lugar durante el proceso, además de mantener las condiciones óptimas del producto una vez concluido este.
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5. Centros de datos
Los centros de datos almacenan grupos de servidores, los cuales son usados para procesar y distribuir los datos. Estos servidores producen mucho calor de forma natural durante su funcionamiento, el cual debe ser eliminado para impedir el aumento excesivo de temperatura.
Si esto ocurre, se puede afectar negativamente el funcionamiento de los servidores, por lo cual se instalan potentes sistemas de refrigeración por aire, con el objetivo de disipar el exceso de calor producido y reducir posteriores labores de mantenimiento.
6. Otras industrias
En industrias como la naval o la metalúrgica, se necesita de la refrigeración industrial para sus procesos o en la climatización de áreas operativas para brindar confort a los trabajadores que desarrollan sus actividades productivas. Los sistemas de enfriamiento para estas industrias son diseñados minuciosamente con el fin de ofrecer el enfriamiento requerido de forma eficiente y continua.
Importancia De Los Sistemas De Refrigeración Industrial
Muchos de los procesos industriales han adquirido tal desarrollo gracias a que tienen integrado un sistema de enfriamiento que permite controlar sus temperaturas. Por ejemplo, la industria farmacéutica no tendría el éxito actual si no tuviera sistemas industriales de refrigeración que ofrezcan un clima controlado.
Igualmente pasa con la industria de productos cárnicos, en donde controlar las temperaturas del producto en cada fase del proceso es vital para la calidad final. Incluso su posterior almacenamiento y distribución necesita de sistemas de refrigeración.
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Se calcula que los sistemas de refrigeración industrial representan alrededor del 20 % del consumo de energía promedio en la industria, un dato que nos indica la importancia de estos sistemas en comparación a otros. Incluso hay algunos sectores que su sistema de refrigeración alcanza el 50 % de su carga eléctrica.
Sin mantener herramientas o máquinas específicas a la temperatura adecuada, todo el proceso industrial podría verse bajo riesgo, lo que posteriormente podría crear un efecto dominó en otras áreas del negocio.
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