
Descripción
Los sistemas de producción de frío o enfriadoras se basan, en ciclos termodinámicos, en los que de modo continuo tiene lugar un transporte de energía térmica entre una región a baja temperatura y una región a alta temperatura. En general es el aire ambiente quien, directa o indirectamente, constituye el foco caliente a alta temperatura.
En la figura se muestra el ciclo termodinámico (simplificado), que sigue cualquier refrigerante, y que es común siempre que se utiliza el método de refrigeración por evaporación de líquido.
Conceptos básicos
Componentes
Grupo de Frío
Podemos clasificar los procesos de producción frigorífica en dos grupos:
Está compuesto por cuatro elementos básicos: el evaporador, el compresor, el condensador y el expansor.
A continuación se describen las funciones generales de cada componente y las etapas que le corresponden a cada uno en la figura.
Compresor (etapa 1-2)
Su misión es aspirar el gas o vapor recalentado procedente del evaporador y lo comprime, enviándolo hacia el condensador, en este momento el refrigerante se encuentra en estado gaseoso.
Condensador (etapa 2-3)
Es el encargado de disipar el calor del gas refrigerante, convirtiéndolo en líquido, permitiendo de esta forma la condensación.
Dispositivo de expansión (etapa 3-4)
El refrigerante en estado líquido procedente del condensador es conducido al expansor con el fin de bajar el punto de ebullición y por tanto la temperatura de evaporación.
Evaporador (etapa 4-1)
El evaporador es el encargado de que el gas en estado líquido se vaporice a presión y temperatura constantes, gracias al calor latente suministrado por el refrigerante que cruza el espacio del evaporador. Una vez evaporado el gas o refrigerante es recalentado, evitando los llamados “golpes de líquido” en el compresor.
Ciclo de refrigeración por absorción. Se sustituye el compresor, de un ciclo mecánico, por un absorbedor y un generador. Este sistema consume energía térmica. Utiliza un fluido secundario, llamado absorbente (bromuro de litio, etc.), para absorber el fluido primario que ha sido vaporizado en el evaporador.
Torre de Refrigeración
Este equipo consigue disminuir la temperatura de grandes volúmenes de agua con muy pocas pérdidas, es por tanto un equipo con un elevado rendimiento evitando las frecuentes reposiciones de agua necesarias en un sistema tradicional.
Las torres de refrigeración se clasifican:
Atendiendo al modo en que circula el aire en el interior de la torre:
Atendiendo al modo de contacto entre las dos fases, aire y agua:
Dependiendo de donde se sitúe el ventilador:
Medidas de eficiencia
Intentar que la sala de máquinas este lo más cercana posible a los lugares de demanda de frío; cualquier diseño que no esté dirigido en este sentido penalizará a la instalación frigorífica tanto en rendimientos (pérdidas de presión en líneas, ganancia de calor, etc.) como en inversión inicial (mayor trazado de tubería con su consiguiente aislamiento y cableado).
Otra medida consiste en que cuando la temperatura exterior sea de 5ºC, hacer pasar el refrigerante por el condensador para enfriarlo sin necesidad de comprimirlo en el compresor, por lo que nos evitaremos su consumo.
El equipamiento debe ser diseñado adecuadamente. El sobredimensionamiento lleva consigo pérdidas excesivas e innecesarias.
Verificar el nivel de refrigerante de la instalación.
Eliminar fugas en las instalaciones.
Colocar las unidades condensadoras fuera de las zonas a acondicionar.
Desconexión del sistema de climatización en periodos de no ocupación o cuando detecte ventanas abiertas.
En las torres de enfriamiento:
Colocar el aislamiento necesario a todas las áreas, partes y superficies que lo requieran (tuberías de agua fría y refrigerante, en paredes y techos que puedan considerarse ligeros desde el punto de vista térmico, en canales o conductores de aire, etc.), y ocuparse de reparar el aislamiento dañado.
El empleo de compresores abiertos es, energéticamente, mejor que el de compresores herméticos o semiherméticos, ya que en éstos el gas aspirado debe absorber el equivalente térmico de las pérdidas del motor.
Cuanto más elevada sea la presión de aspiración (o la temperatura de evaporación), menor es el consumo energético por unidad de refrigeración.
Cada 3ºC de disminución en la temperatura del aire aspirado, dan lugar a un 1% más de aire comprimido, para el mismo consumo de energía.
También disminuye el consumo energético por unidad de refrigerante con la disminución de la temperatura de condensación.
La ubicación de los equipos, en lugares sucios o polvorientos disminuyen el rendimiento, con un mantenimiento adecuado del equipo conseguimos ahorros de energía entre un 3% a un 10%.
Facilitar en todo lo posible la ventilación de los equipos no colocando obstáculos alrededor.
Interesa situar las sondas de control del sistema de producción de frío en aquellas zonas más representativas del medio, evitando las falsas alarmas o medidas erróneas.
Ejemplo
El ejemplo intenta valorar la rentabilidad económica del sobrecoste de una máquina de acondicionamiento con free-cooling. El enfriamiento gratuito (free-cooling) consiste en aprovechar la temperatura del aire exterior para refrigerar el edificio.
La instalación donde se aplicará dicha técnica se encuentra en un hotel de 4 estrellas en la costa de Alicante y consiste en un acondicionador autónomo partido vertical Aire-Aire, sólo frío de 99kW de potencia frigorífica nominal, que se ocupa de acondicionar el Salón-Comedor, cuya superficie es de 600m2. Se estima que las horas de funcionamiento del enfriamiento gratuito serán de 400h/año (4,57% del tiempo total de funcionamiento del equipo), lo que supondrá un ahorro tanto energético, como monetario. En la tabla se adjuntan los ahorros conseguidos.