Refrigeracion Industrial

Hola de nuevo muchachos!

BIENVENIDOS A UN POCO DE REFRIGERACION INDUSTRIAL

¿Qué es la refrigeración industrial y que tipos existen?

Un sistema de refrigeración industrial es un sistema que reduce la temperatura de un fluido basándose en el intercambio de calor con productos refrigerantes. Por lo general, se clasifican según el tipo y diseño del refrigerante utilizado.

Sistemas de refrigeración por aire o por agua

Sistemas abiertos o cerrados: Son sistemas de refrigeración industrial abiertos aquellos en el que el refrigerante/fluido que se desea enfriar estará en contacto directo con el medio. En cambio, si estamos hablando de un sistema cerrado, tanto el refrigerante, como el fluido, tendrá que desplazarse a través de una serie de tubos, no estando en contacto con el medio.

Sistemas directos o indirectos: Los sistemas de refrigeración industrial directos son aquellos en los que tan sólo existe un intercambiador de calor en el que el refrigerante enfriará el fluido durante el proceso. Los procesos indirectos comprenden por lo menos 2 intercambiadores de calor, además de un circuito entre los diferentes dispositivos.

Teniendo en cuenta estas clasificaciones, vamos a estudiar los principales tipos de sistemas de refrigeración industrial.

Sistema de refrigeración industrial por aire

Es el sistema más común que existe; no sólo es válido para conseguir el enfriamiento de dispositivos electrónicos, sino que nos permiten refrigerar prácticamente cualquier cosa.

El concepto es incrementar el área que estará en contacto con el aire para así incrementar la cantidad de calor que será capaz de disipar.

Sistema de refrigeración industrial pasiva por aire

Es un sistema simple y muy duradero (debido a que no tiene partes móviles). Además, también se considera una opción muy económica, por lo que es perfecta para adaptarse al bolsillo de cualquier empresa.

Funcionan rápidamente, siendo capaces de acabar con grandes cantidades de calor en un tiempo récord.

Sistema de refrigeración activa por aire

Se basan en un sistema pasivo al que se le incrementa un elemento que permita incrementar el flujo de aire (lo más normal es que sea un ventilador o turbinas). No es un modelo excesivamente más caro que el anterior, pero el hecho de tener partes móviles lo hace más susceptible de sufrir algún tipo de avería con el paso del tiempo.

Climatizadores evaporativos

Los climatizadores evaporativos se consolidan como una gran alternativa a la refrigeración industrial convencional. Esta tecnología revolucionaria simula el enfriamiento natural que se produce de forma natural en la naturaleza.

Tienen la ventaja de que se adaptan a casi todo tipo de espacios, incluso a aquellos más reducidos. Pueden ser una buena opción para climatizar un entorno residencial, comercial, incluso hasta industrial (cubriendo hasta extensas naves industriales). También contribuyen a mejorar la calidad del aire debido al sistema que integran para poder redirigirlo a lo largo del entorno.

Y no sólo eso, sino que también se consolida una gran alternativa para mantener los niveles de humedad relativa en niveles óptimos.

Apuesta por los climatizadores evaporativos y descubrirás lo último de lo último en materia de refrigeración industrial.

Ahora veremos los diferentes campos en los que se utiliza la refrigeración industrial

La importancia de la Refrigeración en la Industria Alimentaria

En el sector alimentario el frío es la clave para ralentizar el crecimiento de bacterias en los productos y evitar así su deterioro o pérdida. La seguridad alimentaria y la cadena de frío van unidas de la mano. Un buen sistema de frío que controle la temperatura, nos garantiza la seguridad y la conservación óptima de nuestros alimentos.

El proceso de refrigeración

Durante este proceso la monitorización constante de la temperatura objetivo que necesita cada producto es indispensable para la correcta conservación del producto.

Cuando las bacterias tienen nutrientes, humedad y temperaturas favorables se reproducen con suma facilidad pudiendo llegar a causar enfermedades a través de los alimentos. Para ello el microorganismo tiene que llegar al alimento o bien multiplicarse a través del mismo debido a una rotura de la cadena de frío o encontrarse a una temperatura incorrecta en alguna de las etapas. En el rango denominado Zona de Peligro (de 4ºC a 60ºC) el número de bacterias puede llegar a duplicarse en menos de 20 minutos.

Es necesario que tanto las cámaras frigoríficas, como los camiones donde se transportan los productos, así como los expositores y las bandejas frigoríficas dispongan de dispositivos capaces de analizar la temperatura que se mantiene en todo momento y poder corregirla en caso de que se produzca una desviación que nos pueda llevar a un error fatal.

Tener un equipo optimizado, preparado, de calidad y realizar un mantenimiento preventivo y predictivo exhaustivo nos permite controlar totalmente la cadena de frío y a su vez nos permite anticiparnos a posibles fallos de la maquinaria para de esta forma mantener todos los alimentos en un estado de conservación y comercialización óptimo.

Además, mantener la cadena de frío correctamente es un paso hacia adelante cuando lo que buscamos es la sostenibilidad y el cuidado por el medio ambiente. Alcanzar una seguridad alimentaria que nos permita prevenir el mal estado del producto, no solo afecta directamente a los consumidores finales, sino que también es una elección importante a nivel sostenible, evitando la generación de desechos y residuos.
Y si hablamos de sostenibilidad, debemos mencionar a los refrigerantes naturales, como el CO2 y el NH3, los cuales representan el presente y el futuro del proceso de refrigeración.

Ejemplos prácticos: la refrigeración de la carne y de la fruta

1. La refrigeración de la carne

Desde criaderos, mataderos, salas de despiece hasta la conservación, transporte y consumidor final, la refrigeración de la carne está presente en cada proceso de la industria cárnica. La exposición de carne al frío (refrigerando o congelando) es una forma eficiente y muy sencilla de ralentizar el crecimiento de las bacterias evitando que la carne se deteriore o sea un peligro para la salud.

Distintas propiedades en función de la refrigeración de la carne

La carne en estado crudo puede mantener sus propiedades a -18 ºC hasta 15 meses.
En el caso de que la hayamos envasado al vacío podría durar entre dos y tres años congelada (lo normal en las plantas empacadoras es que no se prolongue más de un año).

Cuando congelamos la carne a -18ºC o temperaturas inferiores, se forman cristales de hielo en la misma. Esto evita que los microbios se aprovechen del agua líquida para su metabolismo.

En el caso de la refrigeración comercial, este cambio debe hacerse de la forma más rápida posible (normalmente a -30 ºC y velocidad del aire alta) para que no se rompa la fibra muscular del producto. Si bien puede mantener su frescura hasta siete días, se aconseja que no pase más de tres días en los estantes de los supermercados. Por eso es fundamental un perfecto control y mantenimiento, controlando en todo momento la temperatura.

2. La refrigeración de la fruta

La refrigeración industrial de frutas y hortalizas es el mejor sistema para mantener estos alimentos frescos y aumentar su vida comercial. Por lo tanto, invertir en frio comercial y frio industrial:
1.- Retrasa la maduración y senescencia (envejecimiento de las células de los tejidos).
2.- Evita el ataque de microorganismos.
3.- Minimiza las pérdidas cuantitativas y cualitativas globales de los productos.
La refrigeración se realiza en cámaras frigoríficas en atmósfera controlada, siendo instalaciones ecológicas si utilizan como refrigerante CO2, amoníaco y glicol. Estas cámaras frigoríficas controlan la temperatura, humedad, circulación y renovación de aire.

Temperatura cámara frigorífica:
Una temperatura elevada dañará sus tejidos y destruirá su actividad enzimática, si la temperatura asciende por encima de los 40ºC o 60ºC respectivamente, provocando sabores alcohólicos desagradables y cambios en la textura de los frutos.

Por contra, una baja temperatura, de congelación o cercana, provocará igualmente alteraciones desagradables en el sabor y rotura de tejidos.

Para el caso de frutas tropicales, especialmente sensibles al frío, sufrirán lesiones como ennegrecimiento y cambios en el sabor, si se ven sometidas a temperaturas entre los 5ºC y los 14ºC durante un cierto periodo de tiempo.

Humedad:

Para evitar la pérdida hídrica y la aceleración de la senescencia del fruto durante la maduración, las cámaras frigoríficas en las cuales se almacenan los frutos deben tener humedades relativas altas.

Las adecuada, estaría entre el 85 y el 95%, generalmente 90% para frutas y sobre 95% para hortalizas, aunque la humedad relativa adecuada para cada producto, dependerá de la relación superficie/volumen de éste. Hay que controlar de forma adecuada este valor, ya que un exceso de humedad podría ocasionar la aparición y crecimiento de mohos.

Ventilación y atmosfera industrial en su conservación:

Se debe controlar la atmósfera con una correcta ventilación, para evitar que, por obra de la propia respiración de los frutos, se cree una atmósfera cuyo nivel de oxígeno baje del 2%. Si esto sucede, las frutas que necesitan oxígeno para cambiar de color para su maduración seguirán verdes, y se iniciarán procesos de fermentación, que conducirán a perder los frutos.

Por lo tanto, las cámaras frigoríficas deben controlar las proporciones correctas de oxigeno/CO2 al mismo tiempo que tendrá que controlarse el etileno que desprenden naturalmente los frutos por efecto de su maduración, eliminándose con la ventilación adecuada.

La refrigeración industrial en el sector químico

Cuando se piensa en sistemas para enfriamiento o congelación, lo más común es pensar en la industria alimenticia, pues el frío es altamente eficaz para la conservación de carne, lácteos, frutas, verduras y otros alimentos. Sin embargo, este sector no es el único que requiere frío para la conservación de productos o incluso como parte de sus procesos de producción, pues en realidad el frío es un elemento sumamente utilizado en casi cualquier sector.

Otro campo en el que la aplicación de bajas temperaturas es muy frecuente es el sector químico, ya sea que se trate de la transformación de elementos para creación de nuevos compuestos, la experimentación con fines científicos o la conservación de materiales y productos.

De manera más específica, la refrigeración industrial, en lo que a la ciencia química respecta, es utilizada de manera muy frecuente en la industria del petróleo o industria petroquímica y en la industria farmacéutica, tanto para la transformación de elementos, compuestos y sustancias, como para la conservación de los productos obtenidos de los diferentes procesos.

En la industria petroquímica el frío es de gran importancia para llevar a cabo el procesado del petróleo. De manera precisa, las cámaras e instalaciones de enfriamiento se utilizan con tres objetivos principales. El primer objetivo es controlar la presión generada por el vapor que emana durante el proceso de destilación, el cual en realidad se trata de una mezcla de gases altamente volátiles, que son metano, etano, propano y butano. En pocas palabras, la aplicación de frío durante el procedimiento de destilación del petróleo es un control de seguridad.

El segundo objetivo con el que se utilizan cámaras de enfriamiento en la industria petroquímica es el de cambiar las relaciones de solubilidad del petróleo y sus aceites lubricantes derivados, de manera que sea posible eliminar algunos de sus constituyentes, principalmente el asfalto y la cera, por medio de precipitación.

El tercer objetivo del uso del frío en las plantas petroleras es producir reacciones químicas de manera selectiva para extraer algunos constituyentes del petróleo y sus derivados, sobre todo aquellos que forman gomas de combustibles ligeros o que forman pequeñas fracciones de combustibles alquilatos. Este proceso se utiliza principalmente para aprovechar estos constituyentes, pues, por ejemplo, el alquilato es un elemento muy valioso y útil para la producción de combustibles para naves y aviones.

Por supuesto, las temperaturas que se utilizan deben ser controladas con un alto grado de precisión, por lo que se requiere el uso de equipos de refrigeración industrial con capacidades y funciones muy precisas. Algunos rangos de temperatura que se manejan en esta industria son de -38° hasta los 15°, para lo que se utilizan sistemas con amoníaco como refrigerante y en ocasiones, agua refrigerada por atomización.

Para temperaturas por debajo de los -40° se utilizan equipos o cámaras que emplean propano como refrigerante, pues este gas es la mejor opción para mantener tal nivel de frío y ayudar a mantener un nivel de presión estable.

Otro proceso en el que se requiere el frío, aunque ya no es como tal un procedimiento que se lleva a cabo en la industria petroquímica, pero que deriva de esta, es la producción de caucho, plástico y diferentes polímeros, en el que el frío se utiliza con el fin de controlar el proceso de polimerización, para lo que se requieren sistemas de enfriamiento con temperaturas de hasta -85°.

Por su parte, en la industria farmacéutica la cantidad de procedimientos que requieren equipos de refrigeración para la producción y conservación de diferentes productos son variados en naturaleza y número. Entre los procedimientos más comunes que requieren frío en esta industria están los diferentes procesos de secado de compuestos por medio de congelación, el enfriamiento de elementos en estado líquido para su uso adecuado, la distribución de líquidos en estado frío para la producción, entre los que se encuentra líquido anticongelante, etilenglicol o alcohol.

Otros procedimientos farmacéuticos para los que se requieren equipos y sistemas de refrigeración industrial son la división de elementos gaseosos, la condensación de gases, captura y solidificación de gases, la solidificación de diferentes sustancias y compuestos, la separación de sustancias, la conservación de elementos líquidos con el fin de controlar su presión, controlar los niveles de humedad en las reacciones, eliminar cualquier rastro de calor durante una reacción química, por supuesto la conservación de productos y muchos otros.

Los equipos y sistemas de enfriamiento utilizados en esta industria suelen utilizar como refrigerantes principales el amoníaco y el freón refrigerante e incluso una mezcla de ambos gases, dependiendo de las necesidades, pues en el sector farmacéutico en ocasiones se utiliza el enfriamiento indirecto, es decir, no se ingresa directamente el producto, mezcla, compuesto o reactivo a una cámara o equipo, sino que se aplica el frío mediante el uso de dispositivos especiales conectados o independientes a las cámaras o cuartos fríos.

Como se puede notar, la importancia del frío en el sector químico es grande, tanto que las plantas de refinación de la industria petroquímica requieren de grandes instalaciones para el enfriamiento, de hecho existen muchas plantas petroleras enteras cuya única función es la refrigeración, es decir, son enormes refrigeradores y congeladores. La industria farmacéutica no requiere plantas enteras con este objetivo, pero sí utiliza una gran diversidad de equipos y sistemas como cámaras frigoríficas, cuartos fríos, refrigeradores, difusores, congeladores y otros dispositivos mucho más especializados.

Refrigeración en salas de servidores: centros de datos fríos y seguros

En el mundo actual, dominado por los datos, y con la creciente tendencia a almacenar la información en la nube, ponemos la mirada en el papel que la industria del frío tiene que desempeñar para proteger las salas de servidores y centros de datos así como en la importancia de la innovación constante en este sector.

Los centros de datos son esenciales para la conectividad global. Todo nuestro contenido, ya sean vídeos en YouTube o información personal confidencial y financiera, es almacenado y distribuido desde estos centros durante las 24 horas del día. Existen más de 7.500 centros de datos en el mundo, con más de 2600 ubicados en las 20 ciudades más importantes y, en un mundo en el que esperamos tener acceso inmediato a la información y una seguridad total y garantizada en Internet, queda clara la importancia de mantener la eficiencia, algo que nunca antes había sido tan necesario.

La presión ejercida sobre las empresas para que protejan nuestra información es enorme y, al confiarles nuestros datos personales confidenciales (como historiales médicos y datos financieros personales), dichas empresas no pueden permitirse correr ningún riesgo. En 2020, al menos un tercio de toda la información estará almacenada en la nube, por lo que es indispensable que los equipos informáticos críticos de la empresa se conserven y mantengan en condiciones óptimas. Los apagones breves pueden provocar importantes interrupciones de la actividad incluso para los pequeños negocios, lo que puede dar lugar a una reducción de la productividad y a una disminución de los ingresos, una situación en la que ninguna empresa quiere encontrarse.

(Dicha refrigeración produce un condensado que debe eliminarse; los sistemas de desagüe por gravedad son habituales debido a la clara necesidad de mantener el agua alejada de los equipos informáticos.)

Los ordenadores de los centros de datos varían en tamaño, desde habitaciones individuales y de espacio reducido al servicio de una organización pequeña (conocidas como "salas de servidores") hasta las salas de gigantes de Internet como Google y Facebook. El consumo de energía de un centro de datos normal puede presentar grandes cambios y pasar de unos pocos kw a megavatios según el tamaño; casi un 35 % de dicho consumo se emplea en la refrigeración y el sistema de HVAC. Incluso en las salas de servidores más pequeñas los sistemas funcionan durante todo el día y pueden consumir grandes cantidades de electricidad, lo que genera un calor que hay que eliminar para reducir el riesgo de incendio por el recalentamiento de los componentes y para mejorar el rendimiento. Por ello, la refrigeración supone un factor fundamental. Dicha refrigeración produce un condensado que debe eliminarse; los sistemas de desagüe por gravedad son habituales debido a la clara necesidad de mantener el agua alejada de los equipos informáticos.

Las grandes empresas de datos, como Google, tienen una enorme actividad. Se estima que el centro de datos de Google en Oklahoma cuenta con 91.000 m2, por lo que no es sorprendente que estas empresas requieran métodos de refrigeración a gran escala que superan con creces las necesidades de la mayoría de negocios. Aunque Google sí que emplea el método de pasillo caliente para enfriar, toda la sala sirve como pasillo frío. Se utilizan suelos elevados pero no suelos perforados. En su lugar, la refrigeración se produce en pasillos calientes cerrados, mediante serpentines de refrigeración con agua fría que sirven de «techo» para estos pasillos calientes. Asimismo, los pasillos emplean tuberías de acero inoxidable que transportan el agua entre las torres de refrigeración situadas en el parque de equipos del edificio. Dado que el impacto ambiental es un factor cada vez más importante para todas las empresas, Facebook afirma que su centro de datos en Suecia es «uno de los centros de datos más eficientes y sostenibles del mundo», con el aire a una gélida temperatura de -41 °C para enfriar los miles de servidores del edificio y aprovechando todo el exceso de calor para calentar las oficinas.

Algunas aplicaciones de la refrigeración

Las aplicaciones de refrigeración son entre muchas:

La climatización de espacios habitados, para alcanzar un grado de confort térmico adecuado para la habitabilidad de un edificio.
La conservación de alimentos, medicamentos u otros productos que se degraden con el calor. Como por ejemplo la producción de hielo o nieve, la mejor conservación de órganos en medicina o el transporte de alimentos perecederos.
Los procesos industriales que requieren reducir la temperatura de maquinarias o materiales para su correcto desarrollo. Algunos ejemplos son el mecanizado, la fabricación de plásticos, la producción de energía nuclear.
La criogénesis o enfriamiento a muy bajas temperaturas empleada para licuar algunos gases o para algunas investigaciones científicas.
Motores de combustión interna: en la zona de las paredes de los cilindros y en las culatas de los motores se producen temperaturas muy altas que es necesario refrigerar mediante un circuito cerrado donde una bomba envía el líquido refrigerante a las galerías que hay en el bloque motor y la culata y de allí pasa un radiador de enfriamiento y un depósito de compensación. El líquido refrigerante que se utiliza es agua destilada con unos aditivos que rebajan sensiblemente el punto de congelación para preservar al motor de sufrir averías cuando se producen temperaturas bajo cero.
Máquinas-herramientas: las máquinas herramientas también llevan incorporado un circuito de refrigeración y lubricación para bombear el líquido refrigerante que utilizan que se llama taladrina o aceite de corte sobre el filo de la herramienta para evitar un calentamiento excesivo que la pudiese deteriorar rápidamente
Aparatos electrónicos: la mayoría de los aparatos electrónicos requieren refrigeración dado que como regla general se dice que por cada 10ºC se reduce la vida útil de los componentes electrónicos en la mitad, lo cual está basado en la ecuación de Arrhenius4.Generalmente se consigue mediante un ventilador, que hace circular el aire del local donde se sitúan, y otras veces sencillamente haciendo circular el aire por convección.