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La refrigeración industrial abarca desde HVAC y procesos hasta cámaras y túneles de congelación, con soluciones específicas según temperatura y refrigerante.
La refrigeración es una tecnología esencial para el confort en edificios, la conservación de alimentos y la estabilidad de procesos industriales. No obstante, las necesidades de un hospital que demanda agua fría para climatización difieren de las de un almacén logístico que mantiene miles de toneladas de producto a –25 °C.
Este texto analiza las tres grandes áreas de la refrigeración industrial: alta temperatura para disipación de calor, media temperatura para conservación y baja temperatura para congelación, así como los principales refrigerantes, configuraciones de sistema y componentes de una planta frigorífica.
La refrigeración de alta temperatura tiene como objetivo evacuar calor para mantener el confort en sistemas HVAC o asegurar la estabilidad de procesos industriales, sin necesidad de llegar a temperaturas cercanas a cero o negativas.
Los equipos más habituales son:
Su función es generar agua fría, habitualmente agua glicolada, que se distribuye a los consumos del sistema.
Las torres de refrigeración rechazan calor mediante enfriamiento evaporativo. Se basan en la transferencia conjunta de calor sensible y calor latente entre el agua de proceso y el aire ambiente, lo que las convierte en una solución muy eficiente para disipar calor a temperaturas relativamente altas, tanto en aplicaciones industriales como en condensación de enfriadoras.
El límite teórico de enfriamiento viene marcado por la temperatura de bulbo húmedo del aire, que actúa como límite termodinámico. En operación real, la temperatura de salida del agua queda algunos grados por encima, lo que se denomina approach, que en diseño suele situarse en torno a 4 °C sobre el bulbo húmedo.
Los aerorefrigeradores, también llamados dry coolers, son equipos de rechazo de calor basados en intercambio de calor sensible entre el fluido a enfriar y el aire exterior. Al no existir evaporación, su uso se limita a situaciones en las que la temperatura ambiente es varios grados inferior a la requerida por el fluido de proceso.
En condiciones frías de invierno, resultan especialmente atractivos, ya que su consumo energético es muy bajo al no requerir compresión frigorífica, únicamente el accionamiento de ventiladores.
Cuando se necesita enfriar un fluido, normalmente agua glicolada, a temperaturas de evaporación positivas entre 5 y 20 °C, siendo habitual disponer de agua a 7 °C, con independencia de las condiciones exteriores, la solución es recurrir a enfriadoras o chillers, condensados por aire o por agua.
Estos equipos emplean un circuito de compresión de vapor en el que el refrigerante se comprime, condensa, expande y evapora para extraer calor del fluido de proceso. De este modo, las enfriadoras proporcionan control preciso y estable de temperatura, lo que las hace imprescindibles en climatización y procesos industriales que exigen continuidad y fiabilidad.
La selección del refrigerante es una decisión estratégica que condiciona:
Durante décadas, los HFC como R-134a, R-407C o R-404A dominaron el mercado por su buen comportamiento termodinámico y facilidad de uso. Sin embargo, su elevado PCA ha impulsado su eliminación progresiva tras la Enmienda de Kigali y la normativa F-Gas.
En respuesta, los fabricantes han adaptado sus equipos a HFO, con PCA prácticamente nulo, que se han convertido en la opción sintética dominante en climatización y procesos de pequeña y mediana potencia.
En paralelo, los refrigerantes naturales han ganado peso:
La refrigeración de media y baja temperatura es esencial para conservar y congelar productos sensibles en la industria alimentaria, la logística y la farmacia. Antes de analizar las soluciones más habituales, es clave diferenciar entre:
En los sistemas de expansión directa, el refrigerante circula desde la sala de máquinas hasta los evaporadores de las cámaras. Allí absorbe el calor del aire o del producto.
Ventajas:
Inconvenientes:
En los sistemas indirectos, el refrigerante permanece confinado en la sala de máquinas y enfría un fluido secundario a través de un intercambiador. Este fluido se distribuye a serpentines, aeroenfriadores o intercambiadores en las zonas de consumo.
Aunque los sistemas indirectos implican mayor inversión y un rendimiento algo inferior por el bombeo, ofrecen ventajas clave: reducción de carga de refrigerante, posibilidad de usar fluidos de mayor riesgo confinados en sala de máquinas y, en muchos casos, la opción de reducir o eliminar la sala de máquinas mediante plantas compactas de baja carga en exterior.
La refrigeración de media temperatura, en torno a –5 °C a +8 °C, se considera refrigeración positiva y se orienta a la conservación de productos.
Aplicaciones típicas:
La elección de refrigerante y de sistema depende del tamaño de la instalación, la normativa y los requisitos de seguridad.
En retail, los HFC como R-134a, R-404A o R-449A fueron predominantes. La necesidad de emplear refrigerantes de bajo impacto ha impulsado:
Estos refrigerantes se emplean en equipos compactos tipo plug in o en pequeñas unidades de condensación.
En instalaciones medianas, como supermercados y cámaras de tamaño medio, el CO2 transcrítico se ha convertido en estándar debido a su seguridad, bajo PCA y madurez tecnológica. Las mejoras con eyectores, compresores paralelos y subenfriamiento mecánico han permitido extender el CO2 transcrítico a grandes plataformas logísticas de varios megavatios, compitiendo con el amoníaco en el ámbito industrial.
También son habituales las soluciones indirectas con chillers de propano para potencias inferiores a 1 MW, que enfrían glicol u otro fluido secundario alimentando los enfriadores de aire de las cámaras. En paralelo, algunos fabricantes mantienen unidades con mezclas HFO de bajo PCA, aunque con peso decreciente.
En aplicaciones industriales de mayor potencia, el amoníaco R-717 sigue siendo el referente por su eficiencia y larga tradición en plantas de procesado y almacenes logísticos.
La refrigeración de baja temperatura, BT mantiene productos por debajo de –5 °C, siendo habitual trabajar entre –18 °C y –25 °C, e incluso hasta –40 °C en ultracongelación.
Su objetivo es la congelación y conservación prolongada de alimentos, productos farmacéuticos y materiales sensibles.
En estas aplicaciones destacan dos refrigerantes:
Cuando se requieren bajas temperaturas profundas, por debajo de –25 °C, además de los sistemas en cascada, puede emplearse compresión múltiple.
La compresión múltiple divide el salto de presión en dos o más etapas con el mismo refrigerante, con enfriamiento intermedio, lo que reduce la temperatura de descarga y mejora la eficiencia. Se utiliza con:
A diferencia de los sistemas en cascada, que combinan dos refrigerantes, la compresión múltiple optimiza el rendimiento dentro de un ciclo con un único fluido.
En muchas instalaciones es necesario cubrir media temperatura, MT y baja temperatura, BT a la vez, por ejemplo:
A continuación, se resumen los principales esquemas.
El amoníaco R-717 presenta excelentes propiedades termodinámicas, por lo que se emplea en un amplio rango, desde media temperatura hasta baja temperatura profunda, y en sistemas combinados.
En media temperatura, cámaras de conservación y plantas de procesado, se usa en ciclos de una etapa, a menudo con fluido intermedio, glicol, para reducir carga y limitar la presencia del refrigerante en zonas de trabajo.
En baja temperatura, la compresión en una sola etapa resulta ineficiente, por lo que se recurre a:
Un booster de amoníaco permite cubrir simultáneamente MT y BT con un solo refrigerante, gran eficiencia y buena sostenibilidad, aunque limitado por requisitos de seguridad al ámbito industrial.
El CO2 R-744 ha pasado a ser una de las alternativas más sólidas en baja temperatura por su:
Esto permite evaporadores compactos, desescarches más eficientes y buenas prestaciones en BT, aunque con presiones de descarga elevadas.
Es importante distinguir entre:
Los sistemas en cascada combinan dos circuitos de refrigeración independientes unidos por un intercambiador intermedio. Permiten:
El refrigerante primario condensa el CO2 en torno a –10 °C y, en instalaciones con MT y BT, atiende también la media temperatura.
Configuraciones habituales:
En los sistemas transcríticos de CO2 se utiliza un único refrigerante para cubrir simultáneamente MT y BT. La inocuidad del CO2 y la madurez de la tecnología han consolidado esta solución como estándar en supermercados y retail.
Un booster de CO2 integra media y baja temperatura con varias etapas de compresión. El ciclo funciona con:
Tras el gas cooler, el refrigerante pasa a un tanque flash, desde el que se reparte a las válvulas de expansión de MT y BT. El sistema puede operar en modo subcrítico o transcrítico según la temperatura exterior.
El booster avanzado de CO2 incorpora:
Esta configuración mejora la eficiencia energética, aumenta las posibilidades de aprovechamiento de calor residual e incrementa la competitividad del CO2 en climas cálidos.
El booster con eyector se ha desarrollado para mejorar la eficiencia en climas cálidos. El eyector aprovecha la energía del gas de alta presión que sale del gas cooler para aspirar el gas flash del tanque intermedio, reduciendo el trabajo de los compresores de MT, aumentando la capacidad frigorífica disponible y optimizando la operación en régimen transcrítico.
El diseño de una planta frigorífica combina decisiones sobre tecnología, eficiencia y fiabilidad.
Se distinguen dos grandes enfoques:
En los sistemas indirectos compactos, una enfriadora de baja carga confina el circuito frigorífico en un único chasis y utiliza un fluido caloportador, normalmente glicol, para transmitir el frío a los evaporadores.
Son soluciones plug and play, ideales para aplicaciones de tamaño medio, plantas de procesado, centros de datos o procesos industriales con demandas moderadas, donde la simplicidad de diseño y operación es un factor clave.
En los sistemas partidos, el compresor y el condensador se separan del evaporador. Se diseñan a medida para cada proyecto y son la opción preferida en:
En sistemas directos, el refrigerante primario circula desde la sala de máquinas hasta los evaporadores remotos. Cuando se pretende minimizar el riesgo de fugas y el contacto del refrigerante con las zonas de trabajo, se recurre a sistemas indirectos con caloportadores como glicol, CO2 bombeado o salmueras.
El compresor es el corazón del sistema. Aspira el refrigerante en estado gaseoso a baja presión y lo comprime hasta la presión de condensación. Su selección depende de:
En grandes plantas es común el uso de racks de compresores, centrales frigoríficas que agrupan varios compresores en paralelo para modular la capacidad, mejorar la eficiencia, aportar redundancia y asegurar continuidad de servicio.
Los compresores se dividen en:
El evaporador es el intercambiador que absorbe el calor del aire o de un fluido para enfriar un espacio o producto.
Según el medio a enfriar:
Según el movimiento del aire:
Según el tipo de evaporación:
Los condensadores evacuan al ambiente el calor absorbido en el ciclo, transformando el refrigerante de vapor a alta presión en líquido a alta presión. Pueden ser:
En sistemas de CO2 transcrítico, el equipo de rechazo de calor es un gas cooler, no un condensador en sentido estricto, ya que el refrigerante no cambia de fase. Cuando el gas cooler se instala en climas cálidos, es frecuente añadir un módulo adiabático para preenfriar el aire mediante agua y mejorar la eficiencia del sistema.
El dispositivo de expansión regula el caudal de refrigerante entre alta y baja presión, provocando una caída brusca de presión y temperatura y generando la mezcla líquido vapor que entra en el evaporador.
Los más utilizados son:
Aunque el ciclo básico se compone de compresor, condensador, evaporador y dispositivo de expansión, los componentes auxiliares son esenciales para la seguridad, la fiabilidad y el rendimiento.
Entre ellos destacan:
