Tipos de refrigeración industrial: ¿cómo elegir el adecuado?

La refrigeración industrial es uno de los pilares fundamentales en diversos sectores productivos. Es el mecanismo que permite mantener las temperaturas controladas en cámaras frigoríficas, en los túneles de congelación, en las plantas de proceso, en los centros logísticos refrigerados y otras áreas de fabricación que requieren condiciones térmicas específicas. 

Hoy en día, existen diferentes tecnologías y mecanismos de refrigeración que se adaptan a las necesidades operativas y ecoeficientes de cada proceso o sector. En este post ahondamos sobre qué es la refrigeración industrial, cómo funcionan los distintos tipos de refrigeración en la industria y cuáles son los sectores qué más emplean estos sistemas.

Qué es la refrigeración industrial en maquinaría

La refrigeración industrial se puede entender como el conjunto de tecnologías, procesos y sistemas que garantizan el control de la temperatura en la ejecución de los procesos críticos de la fabricación y del almacenamiento. 

Bajo un enfoque más técnico, la refrigeración industrial es un proceso termodinámico mediante el cual se extrae el calor de un espacio, un producto o una sustancia, logrando reducir su temperatura para preservar su calidad o funcionalidad en los procesos y entornos productivos a gran escala. Su fin es garantizar la seguridad, estabilidad y conservación de materias primas, productos terminados y fases de la producción.

No debe confundirse lo que es la refrigeración industrial con la refrigeración doméstica y comercial. A diferencia de éstas, a nivel industrial la refrigeración debe manejar cargas térmicas de gran magnitud (cantidad de energía a eliminar para enfriar el proceso), funcionar las 24 horas del día bajo condiciones ambientales desafiantes y contar con mecanismos de control y monitoreo precisos de cada parámetro. Además, cada aplicación industrial específica exige un sistema diseñado a medida. Por ejemplo, no es igual la temperatura, la humedad, la velocidad de enfriamiento y la continuidad operativa que se deben considerar en un sistema de refrigeración para una planta de procesamiento de alimentos que en un data center. 

Cómo funciona un sistema de refrigeración industrial

Cualquier sistema de refrigeración industrial actúa bajo un ciclo termodinámico, en donde traslada el calor desde un medio de baja temperatura a otro de mayor temperatura, sea el ambiente o una corriente de agua. Este ciclo funciona usualmente mediante la compresión de vapor. Aunque existen otras alternativas, como los ciclos de absorción o la criogenia.

Todo sistema de refrigeración por compresión funciona en un ciclo cerrado y continuo en el que un fluido refrigerante cambia de estado, de líquido a vapor y viceversa, mientras absorbe y cede el calor. Esto es lo que permite transferir la energía térmica desde una cámara de refrigeración hacia el medio disipador, como el exterior. Por ejemplo, las enfriadoras industriales de agua permiten este mismo ciclo para climatizar procesos.

Básicamente, el refrigerante circula a través de los cuatro componentes del sistema: el compresor, el condensador, la válvula de expansión y el evaporador. En cada uno, el refrigerante se encuentra a diferentes presiones y temperaturas, logrando transferir el calor a través de intercambiadores térmicos específicos.

Componentes principales del sistema

Veamos cómo funciona cada componente en un ciclo de refrigeración industrial por compresión

• Compresor, de combustión o eléctrico. Esta máquina tiene la función de comprimir el gas refrigerante para elevar su presión y temperatura e impulsarlo hacia el condensador y al resto del sistema. Pueden utilizarse compresores de tornillo, alternativos de pistón o los scroll, según la capacidad frigorífica requerida, el tipo de refrigerante y las condiciones de la operación.

• Condensador. Este componente es un intercambiador de calor. Su función es recibir el gas refrigerante a alta presión y temperatura proveniente del compresor y, mediante un fluido de disipación (aire o agua), disminuir parte de dicha temperatura. A medida que esto sucede, el refrigerante va pasando al estado líquido.
• Válvula de expansión. Se encarga de reducir la presión del líquido refrigerante que sale del condensador, de forma controlada antes de que entre en el evaporador. Esto provoca una gran caída de presión y temperatura, por lo que el refrigerante sale muy frío a la siguiente etapa.
• Evaporador. Es un intercambiador de calor donde el refrigerante a baja presión absorbe calor del medio a refrigerar, evaporándose parcial o totalmente. En instalaciones industriales, los evaporadores pueden estar ubicados dentro de cámaras frigoríficas, túneles de congelación, tanques de procesos o serpentines. El refrigerante absorbe calor en el evaporador, se transforma en gas y pasa a la línea de succión del compresor, completando el ciclo de refrigeración.

En los sistemas de refrigeración por compresión, se emplean refrigerantes líquidos como R-404A, R-134a, NH₃ o CO2, o mezclas especiales, que circulan en estado líquido y gaseoso dentro del circuito cerrado. Otros tipos de refrigeración industrial pueden utilizar aire o gases como medio refrigerante.

Tipos de sistemas: abierto vs cerrado

Los sistemas de refrigeración industrial por aire también son ampliamente empleados. En este caso, el calor se transfiere desde una superficie caliente hacia el aire (medio disipador). Funcionan incrementando la superficie de contacto del intercambiador térmico con el aire, para aumentar la cantidad de calor evacuado al exterior. 

De acuerdo a este mecanismo de acción, los sistemas de refrigeración industrial pueden ser cerrados, abiertos o mixtos. 

• Sistemas de refrigeración abiertos. Son aquellos en los que el agente refrigerante entra en contacto directo con el producto o medio a enfriar. Son eficientes, aunque  pueden presentar ciertos riesgos asociados a la evaporación no controlada del refrigerante.
• Sistemas de refrigeración cerrados. En este caso se aísla completamente el refrigerante del medio a refrigerar. Es decir, se transfiere la energía térmica sin contacto directo. Es un mecanismo utilizado en la mayoría de industrias porque permite mayor control de las condiciones de seguridad en higiene.

Sistemas directos vs. indirectos

Los sistemas de refrigeración también se pueden clasificar de la siguiente manera: 

• Directos. Son sistemas en donde el gas refrigerante que ha sido comprimido y condensado se distribuye a través de las tuberías hasta los evaporadores, en distintas zonas de la instalación (cámaras, túneles o equipos). Ofrecen una transmisión altamente eficiente, ya que eliminan intermediarios. Aunque presentan un mayor riesgo en caso de fugas.

• Indirectos. El refrigerante permanece confinado dentro de la central de generación de frío. Allí, mediante un intercambiador de calor, el líquido refrigerante transfiere su capacidad frigorífica a un fluido intermedio. Luego éste circula por el sistema de distribución hasta cada elemento de uso (como serpentines de tanque, evaporadores, intercambiadores remotos…). 

Tipos de refrigeración industrial según su tecnología

Los sistemas de refrigeración industrial también pueden dividirse en varias tecnologías, según el principio físico térmico sobre el que basan su transferencia de calor y el cambio de fase del refrigerante. 

Refrigeración por compresión

La tecnología de compresión de vapor es la más utilizada en entornos industriales. Arriba explicamos el funcionamiento de su ciclo: en el que un refrigerante cambia de estado de líquido a vapor y viceversa, impulsado por un compresor mecánico.

Inicia con la evaporación del refrigerante, gracias a que absorbe calor del medio que se desea enfriar. Luego, el refrigerante gaseoso entra en la línea del compresor, aumentando su presión y temperatura. Después es enviado al condensador, en donde se transfiere el calor del refrigerante al ambiente exterior, produciendo su condensación al estado líquido. Seguidamente la válvula de expansión reduce su temperatura y presión para que pase nuevamente al evaporador. 

La eficiencia de este tipo de refrigeración industrial puede depender principalmente del tipo y del rendimiento termodinámico del compresor.

Refrigeración por absorción

La refrigeración por absorción no utiliza un compresor mecánico, aunque sí emplea condensadores, evaporadores y válvulas de expansión. Se emplea principalmente cuando en el proceso industrial existe energía térmica residual considerable. En su funcionamiento utiliza una combinación de calor con un absorbente químico para provocar la circulación del refrigerante.

Por lo tanto, trabaja con dos sustancias, el refrigerante y el absorbente. Para sistemas con temperaturas de trabajo mayores a 0 °C se emplea agua – bromuro de litio, en donde el agua actúa como refrigerante y el bromuro como absorbente.  Para sistemas con temperaturas de trabajo inferiores a 0 °C se emplea el amoníaco – agua, en donde el refrigerante es el amoniaco. 

• ¿Cómo funciona? El refrigerante se transforma en vapor al pasar por el evaporador, absorbiendo el calor del espacio o producto a enfriar. Este vapor pasa al absorbedor, donde se mezcla con las sustancia absorbentes. La mezcla se bombea al generador térmico, donde se calienta para separar de nuevo el refrigerante en forma de vapor. Este vapor se condensa, se enfría y se convierte en líquido en el condensador. Después, pasa por una válvula de expansión que baja su presión y temperatura, y vuelve al evaporador para repetir el ciclo.

Su eficiencia térmica es menor que la de los sistemas de compresión. Pero esto lo compensa con su bajo coste energético.

Refrigeración criogénica

Este sistema funciona a través del contacto directo del gas criogénico con el medio o los equipos a enfriar. Al expandirse (pasa del estado líquido a gas), este gas licuado absorbe el calor del entorno, lo que provoca el descenso instantáneo de la temperatura. Por ejemplo, un criocongelador emplea este principio rociando nitrógeno líquido LN2 sobre un tanque sellado (medio a enfriar). Al vaporizarse, el nitrógeno absorbe el calor y crea diminutos cristales de hielo sobre la superficie.

La refrigeración criogénica usa los gases licuados a temperaturas extremadamente bajas, como el nitrógeno o el dióxido de carbono a -100 °C. 

• Entre las aplicaciones de la refrigeración industrial criogénica se encuentran los procesos de congelación ultrarrápida de alimentos, la conservación de tejidos biológicos u otros elementos o productos altamente sensibles.

Ventajas de la refrigeración industrial

La refrigeración industrial aporta beneficios clave en ámbitos como la calidad del producto, la seguridad sanitaria, el control de procesos y hasta en la rentabilidad energética. Por ejemplo, permite:

• Mantener la temperatura adecuada en procesos y almacenamientos. Esto ayuda a:
  • Prolongar la vida útil de productos perecederos.
  • Evitar proliferaciones bacterianas en entornos operativos.
  • Asegurar la estabilidad química de medicamentos o procesos.
• Estabilizar procesos industriales complejos.
• Controlar la humedad ambiental.
• Evitar pérdidas térmicas en reacciones exógenas o en equipos electrónicos de alta potencia.
• Reducir el consumo energético, mediante la recuperación del calor residual.

Estas ventajas de la refrigeración industrial se potencian con las soluciones para la climatización de naves industriales.

Principales sectores que utilizan refrigeración industrial

Veamos algunas de las principales aplicaciones de la refrigeración industrial.

Industria alimentaria

El sector alimentario es uno de los mayores consumidores de sistemas de refrigeración industrial. Desde cámaras de conservación de frutas y verduras a túneles de congelación rápida de carnes, pescados o platos preparados, en donde cada proceso requiere rangos de temperatura y humedad muy controlados. 

• Por ejemplo, las industrias cárnicas o las cadenas de distribución cuentan con infraestructuras frigoríficas de decenas de miles de toneladas de capacidad.

Industria farmacéutica

En el sector farmacéutico, la refrigeración asegura la estabilidad química y microbiológica de los medicamentos, las vacunas y los diversos principios activos. 

• Por ejemplo, es común el uso de cámaras refrigeradas a +2/+8 °C o congeladores de ultra baja temperatura ( -70 °C). En laboratorios líderes se han implementado sistemas criogénicos de nitrógeno, para la conservación de vacunas.

Logística

Los grandes almacenes y centros de distribución utilizan sistemas de refrigeración industrial para mantener la calidad de los productos perecederos a temperaturas controladas, así como alimentos, medicamentos y equipos de alta tecnología. 

• Por ejemplo, las plantas de producción de zumos naturales deben contar con sistemas de climatización que aseguren la conservación óptima de la materia prima. Además de integrar cámaras frigoríficas y de congelación en el almacenamiento del producto final. 

Industria petroquímica

En las plantas petroquímicas se emplean sistemas de refrigeración industrial para controlar las temperaturas en los reactores exógenos, los condensadores de turbinas y diversos procesos químicos endotérmicos. 

• Por ejemplo, en las refinerías se suelen emplear sistemas de amoníaco y CO₂ para condensar gases residuales y estabilizar temperaturas en destiladores.

Formación técnica para el uso de sistemas de refrigeración

Para utilizar sistemas de refrigeración industrial, especialmente los que emplean gases refrigerantes fluorados o amoníaco, es imprescindible contar con una formación técnica y sus certificados oficiales. Por ejemplo:

• Técnico Superior en mantenimiento de instalaciones térmicas y de fluidos.
• Certificado de Manipulador de Gases Fluorados.
• Técnico Medio en instalaciones frigoríficas y de climatización.

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