1.5.2. Instalaciones frigoríficas Isidro Garrido Garres igarrido@enfrio.es Enfrío Soluciones
Índice 1. 2. 2.1. 2.2. 3. 3.1. 3.2. 3.3. 4. 5.
Componentes básicos de un circuito de refrigeración Clasificación de las instalaciones frigoríficas Clasificación por sistemas Clasificación por refrigerantes y fluidos caloportadores Sistemas de enfriamiento Enfriamiento por aire Enfriamiento por contacto Enfriamiento por vacío Recomendaciones para el diseño de instalaciones Recomendaciones para el buen mantenimiento
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Resumen A la hora de diseñar una instalación frigorífica hay que tener varias consideraciones en cuenta a parte del coste de esta, ya que de ello dependerán no solo la conservación del género sino también lo siguiente: Costes de explotación de energético de la misma eficiencia energética de componentes frigoríficos, debido a cerramientos.
la instalación. Se verá afectado mayoritariamente por el consumo y dependerá directamente dependiendo del sistema escogido, los motores empleados, perdidas de carga de los circuitos y condiciones de cálculo de los componentes y perdidas de calor
Costes de mantenimiento. Es importante también analizar el coste de mantenimiento que supone cada sistema frigorífico y los mantenimientos de la maquinaria por intervalo de horas que recomiendan los fabricantes. Huella ecológica. Este punto está relacionado con el primero ya que el aumento de consumo eléctrico de una instalación aumenta la cantidad de CO2 emitido a la atmosfera. También hay que sumar a esto el gas refrigerante escogido ya que los hay con mayor y menor impacto al medio ambiente, tanto en su producción como en lo que genera al liberarse en caso de fugas. La utilización de gases naturales siempre que sea posible es la mejor solución. Vida útil del sistema. A la hora de diseñar una instalación hay que pensar en qué periodo va a estar operativa, para así tanto escoger el sistema empleado marcas y modelos de componentes y calidades de las redes y aislamientos.
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1. Bases de la tecnología poscosecha
1. Componentes básicos de un circuito de refrigeración Los componentes básicos y más habituales de un circuito de refrigeración son: a) Evaporadores: los intercambiadores de calor que están en contacto con el medio a enfriar y entre los tipos destacan los siguientes (Figura 1):
Cúbico
Plafón
Estático
Placas
Figura 1. Tipos de evaporadores
b) Compresores: encargados de aumentar la presión del refrigerante para trasportarlo por el interior de la instalación frigorífica. Los modelos más utilizados son los siguientes: - Herméticos. El motor y el compresor van en la misma carcasa y no se puede abrir para su reparación o mantenimiento (Figura 2).
Pistón
Espiral
Figura 2. Compresores herméticos
-
Semiherméticos. El motor va dentro del compresor, siendo este desmontable para su reparación o mantenimiento (Figura 3).
Alternativo
Tornillo
Figura 3. Compresores semiherméticos
-
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Abiertos. El motor y el compresor van unidos exteriormente mediante un acoplamiento. El compresor se puede desmontar para su reparación o mantenimiento (Figura 4).
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1.5. Preenfriado, conservación frigorífica y manejo de gases
Alternativo
Tornillo
Figura 4. Compresores abiertos
c) Condensadores: son los encargados condensar el gas al bajar la temperatura de este. Los modelos más utilizados son los siguientes (Figura 4) - Aire. Condensan el gas que circula por el interior de la tubuladura por intercambio de temperaturas entre el intercambiador de calor con el aire exterior que se fuerza a que circule por el exterior de este. - Evaporativos. Condensan el gas que circula por el interior de la tubuladura por evaporación del agua que pulveriza sobre esta y el aire que se hace circular también por el exterior de la misma. - Placas. Condensan el gas por el intercambio de temperaturas entre este que circula por unas placas y el otro fluido más frio que circula por placas paralelas que están en contacto. - Multitubulares. Condensan el gas por el intercambio de temperaturas entre este y el líquido más frío que circula por el otro circuito del intercambiador ya sea por el haz de tubos o carcasa.
Aire
Evaporativo
Multitubular
Placas
Figura 5. Tipos de condensadores
2. Clasificación de las instalaciones frigoríficas Hay varias formas de casificar las instalaciones frigoríficas, entre estas destacamos do: según el sistema utilizado y según los refrigerantes y fluidos caloportadores utilizados. Como sistema, se diferencia si el fluido que llega a los intercambiadores de calor en los recintos a acondicionar es el propio refrigerante o es un fluido caloportador previamente enfriado con el refrigerante el que se envía a los intercambiadores de calor. 2.1. Clasificación por sistemas
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En la Figura 6 se presenta los sistemas más habituales empleados en refrigeración.
Figura 6. Tipos de sistemas de refrigeración
Se denomina sistema “Directo” cuando el evaporador o el condensador del sistema de refrigeración está en contacto directo con el medio a enfriar o calentar (Figura 7). Este sistema se divide en dos: -
Bombeado, que es cuando el refrigerante circula por las tuberías mediante bombas de recirculación Expansión directa o “DX”, que es cuando el refrigerante circula por diferencias de la presión establecida con el propio compresor.
Figura 7. Sistema directo de refrigeración
Se denomina “Indirecto” cuando el refrigerante en el evaporador o condensador del sistema de refrigeración enfría o calienta un fluido secundario que se hace circular para enfriar o calentar el medio a tratar (Figura 8). Este sistema se divide en dos: -
-
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Indirecto abierto. El evaporador enfría o el condensador calienta el fluido secundario, el cual es puesto en contacto directo, por ejemplo, mediante atomizadores o medios similares con el medio a tratar. Indirecto cerrado. El evaporador enfría o el condensador calienta el fluido secundario, el cual circula a través de un circuito cerrado en contacto directo con la sustancia a tratar.
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Figura 8. Sistema indirecto de refrigeración
2.2. Clasificación por refrigerantes y fluidos caloportadores En la Figura 9 se presenta para cada sistema los refrigerantes y fluidos caloportadores que se emplean más habituales.
Figura 9. Tipos de refrigerantes y fluidos caloportadores
En la Tabla 1 se muestran las ventajas e inconvenientes más destacadas de cada refrigerante.
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Tabla 1. Ventajas e inconvenientes de cada refrigerante Sistema Fluorados
Ventajas Montaje económico para P < 400kW Componentes de mercado Gas seguro a la hora de trabajar Rendimiento (COP) medio Grupo seguridad alta
NH3
Gas natural (ecológico) Bajo coste del gas Facilidad para encontrar fugas Rendimiento (COP) muy alto Montaje económico para P > 500kW Gas natural (ecológico) Bajo coste del gas Subcrítico Rendimiento (COP) alto Transcrítico Rendimiento (COP) alto (según sistemas) Tuberías de menor sección
CO2
Inconvenientes Elevado coste del gas y sometido a tasas Gases no definitivos Dificultad para encontrar fugas Gas no ecológico Según gas puede presentar ligera inflamabilidad Grupo seguridad media Ligeramente inflamable Coste elevado P < 400 kW Incompatibilidad cobre y aleaciones Trabaja a presiones elevadas Actualmente en transcrítico “Dx” P < 400 kW Coste componentes alto Compresores de poca potencia para Dx Componentes en Dx para poca potencia
En la Tabla 2 se presentan las ventajas e inconvenientes más destacadas de cada fluido caloportador. Tabla 2. Ventajas e inconvenientes de cada fluido caloportador Sistema CO2
Temper
Etilenglicol Propilenglicol
Ventajas Bajo coste fluido Tuberías de menor sección Menor superficie de intercambiadores Baja temperatura de congelación (-60 ˚C) No aumenta volumen si congela Uso alimentario Bajo coste fluido Bajo coste instalación Bajo coste fluido Bajo coste instalación Uso alimentario
Inconvenientes Alto coste instalación Presiones elevadas en tuberías Coste mayor que los glicoles
No uso alimentario Mayor superficie de intercambiadores Mayor potencia de bombeo
3. Sistemas de enfriamiento Entendemos como sistemas de enfriamiento al método que se utiliza para bajar la temperatura del producto, bien sea para refrigerar o congelar el producto. En la Figura 10 se muestra los sistemas más comúnmente utilizados que pueden agruparse en tres categorías: -
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Enfriamiento por aire Enfriamiento por contacto Enfriamiento por vacío
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Figura 10. Tipos de sistemas de enfriamiento
3.1. Enfriamiento por aire El sistema de enfriamiento por aire consiste en hacer pasar aire del recinto a acondicionar que está en contacto con el producto, por el intercambiador de calor para bajar la temperatura de este. Son los sistemas más utilizados por su versatilidad, control de las condiciones ambientales y su coste en comparación con el resto. 3.2. Enfriamiento por contacto Dentro de la clasificación por este sistema de enfriamiento hay de dos tipos: a) Donde se enfría el producto por contacto con el intercambiador de calor En este se utiliza mayoritariamente para dos aplicaciones fundamentalmente (Figura 11): -
El enfriamiento de líquidos haciéndolos circular por un intercambiador de calor por su parte fría Para congelación rápida poniendo el género entre dos placas frías y presionándolo entre ellas
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Circulación placas
Armario congelación placas
Figura 11. Enfriamiento por intercambiador de calor
b) Donde se enfría el producto por contacto con agua o algún fluido caloportador enfriado anteriormente en un intercambiador de calor Este puede ser por inmersión en agua fría o siendo regada por esta (Figura 12)
Hidrocooling
Túnel enfriamiento por salmuera (Inmersión)
Figura 12. Enfriamiento por contacto con agua o fluido caloportador
3.3. Enfriamiento por vacío Este tipo de enfriamiento se utiliza para enfriar rápidamente los vegetales sometiéndolos a un vacío controlado mediante un grupo de bombas instalado en el exterior de la cámara, esto se fundamenta en el hecho de que al evaporar parte del agua que constituyen los vegetales, el líquido roba el calor latente de vaporización al propio producto, provocando el descenso de su temperatura (Figura 13).
Contenedor de vacío
Grupo de bombas de vacío
Figura 13. Enfriamiento por vacío
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4. Recomendaciones para el diseño de instalaciones Para un correcto almacenaje, conservación, maduración y congelación se deberían cumplir unos requerimientos tanto en su diseño como en su ejecución. Estas son unas recomendaciones básicas: -
-
Utilizar gases refrigerantes ecológicos para menor impacto ambiental. Diseñar sistemas con mayor COP para minimizar el consumo energético. Hay que tener en cuenta que en una industria de congelados la potencia eléctrica de la instalación frigorífica puede rondar el 60% del total. Instalar los intercambiadores y apilar el género de forma que exista una distribución del aire homogénea para el volumen de cámara. Instalar ventiladores para que realicen el numero recirculaciones de aire suficientes para el producto y temperatura de diseño. Instalar extractores para asegurar las renovaciones de aire requeridas en los recintos en cada caso. Seleccionar las condiciones de diseño y funcionamiento para la buena conservación de los alimentos y la menor merma. Seleccionar e instalar los equipos para que tengan fácil accesibilidad para su mantenimiento y limpieza. Seleccionar los materiales de los equipos para que no se degraden o afecten al producto. Realizar antecámaras y sistemas de cortinas que mitiguen la entrada de aire caliente y húmedo en las cámaras cada vez que se abren las puertas de las cámaras. Instalación de los desagües de forma que no interfieran los intercambiadores de unas cámaras con otras por la depresión que ejercen los ventiladores sobre ellos y siempre separados mediante sifones para asegurar que no entre aire a través de ellos a los recintos.
5. Recomendaciones para el mantenimiento Es importante realizar un correcto mantenimiento de las instalaciones para que se mantengan las condiciones de diseño durante la vida útil de la instalación. A esto habrá que sumar las buenas prácticas del manejo del conjunto de la instalación que se deberán cumplir por parte de las personas que intervengas en las ellas. Estas prácticas repercutirán directamente en: -
Mejor calidad de los productos a conservar Menor consumo eléctrico de la instalación, mayor ahorro económico. Mayor vida útil de los componentes Mayor seguridad para las personas
Como normas básicas cabría destacar las siguientes:
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Tener suscrito un contrato de mantenimiento para asegurar el buen funcionamiento de la instalación. Tener libres de paso las zonas de acceso a toda la maquinaria que necesite ser revisada. Buena estiba del género en cámara para asegurar la distribución correcta del aire. Realizar un buen destrío del género que se va a refrigerar para mitigar los focos de contaminación. Limpieza a fondo de los evaporadores al final de campaña junto con la cámara. Las juntas de paneles con suelos, techos y puertas deben de ser estancas. Realizar el mantenimiento contra legionela de la totalidad de los condensadores evaporativos por empresas especializadas y acreditadas para ello. Control de los periodos de apertura de puertas de las cámaras para poder minimizar estos.
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