Guía básica para diseñar y analizar sistemas de refrigeración (3ª PARTE)

Ver 2ª PARTE

SISTEMAS DE EXPANSIÓN DIRECTA E INDIRECTA

En los sistemas de expansión directa el evaporador se coloca en el espacio refrigerado; en los sistemas indirectos: un fluido secundario (salmuera) se enfría en contacto con la superficie del evaporador, y la salmuera fría va al espacio que va a refrigerarse. Los sistemas de salmuera requieren entre un 40 y 60 % más superficie que la expansión directa; tienen un efecto de ecualización debido a la gran capacidad térmica de la salmuera fría, son más seguros (particularmente si el efecto de refrigeración debe llevarse a una distancia considerable o ampliamente distribuido), y permiten una regulación de temperatura que no es posible con expansión directa. Si deben mantenerse dos temperaturas, la inferior se obtiene por expansión directa, y la más alta por enfriamiento de salmuera. El desarrollo de mejores controles y mejores métodos de tuberías han hecho la expansión directa más atractiva.

Las salmeras usadas en refrigeración industrial son usualmente soluciones acuosos de cloruro cálcico, glicol etileno, glicol propileno, o cloruro de metileno no diluido, glicol de propileno, o cloruro de metileno no diluido, y fluidos basados en silicona alquilados. El cloruro de calcio no contendría más de un 0,2 % % de magnesio, calculado como cloruro de magnesio. Las salmueras de cloruro cálcico se recomiendan hasta – 43 ºC. Las salmueras serán químicamente neutras: las salmueras ácidas atacan a los materiales férreos, las salmueras alcalinas atacan al zinc, el amoniaco en salmuera (origina pérdidas en el sistema de amoniaco) es especialmente perjudicial para la mayoría de los metales no férreos. La corrosión por salmuera se incrementa por la presencia de oxígeno, aire, o dióxido de carbono y por acción galvánica entre metales disimilares. Los inhibidores de corrosión se usan ampliamente, una proporción satisfactoria es de 1600 g de cromato de socio o dicromato por 1 m³ de salmuera de cloruro de calcio o 3200 g por 1 m³ de salmuera de cloruro de sodio.

La salmuera de etileno glicol se usa en varias resistencias desde un 15 a 50 % de peso para temperaturas de refrigeración por debajo de – 18 ºC. Es tóxico, y por lo tanto su uso no es recomendado en equipos de procesado de alimentos y bebidas donde una grieta puede contaminar el producto. Un inhibidor de corrosión se recomienda para proteger equipos y tuberías de acero al carbono. El rango de calor específico va de 4080 a 3180 J/kg K en sistemas típicos. La gravedad específica varía de 1,08 a 1,05.

TUBERÍAS DE REFRIGERANTES

Es importante para la operación apropiada de un sistema de refrigeración que el sistema de tuberías conecte correctamente los compresores, condensadores, evaporadores, y receptores apropiadamente dimensionados. Estas tuberías deben considerarse en tres categorías: líneas de líquido, líneas de succión y líneas de descarga. Esencialmente el dimensionado es gobernado por la caída de presión, costes, costes de operación, ruido y lubricación. Una caída de presión excesiva penaliza la eficiencia del compresor y puede afectar la operación de las válvulas de control adversamente. Las velocidades de la línea de líquido para la mayoría de los refrigerantes son del orden de 3,3 a 22 m/s, las líneas de succión de 38 a 250 m/s, y las líneas de descarga de 55 a 275 m/s. Las caídas de presión varían aproximadamente con el cuadrado de la velocidad y directamente con la longitud de la tubería. Para la línea de líquido, cuando el evaporador se localiza encima del condensador, las siguientes caídas de presión están permitidas (kilopascales por metro): amoniaco (5,9);  R 12 (12,9); R 22 (11,5) y R 11 (14,5).

Flexibilidad de tuberías: La flexibilidad en las tuberías es una consideración importante especialmente en sistemas de baja temperatura ( - 18 ºC) y donde se utilicen largos recorridos o grandes diámetros. El coeficiente de expansión es alrededor de 16 x 10^-6/ºC para tuberías de acero al carbono. Esto significa que en una longitud de 6 m se contraerá 3,8 mm cuando se enfría desde -18 ºC. Si la configuración de tuberías es tal que ejerce un momento en una brida del compresor, puede producirse un fallo prematuro en el equipo.

La flexibilidad es proporcionada por una combinación de cambios en dirección y uso de anclajes apropiadamente posicionados, perchas de resortes y guías.

ALMACENAMIENTO DEL FRÍO

La primera consideración en el diseño de un recinto para almacenar frío es la temperatura a la cual será refrigerado el espacio. La temperatura puede generalmente dividirse en tres rangos: por encima de 0 ºC, por debajo de 0 ºC y – 18 ºC o menos. Los métodos de construcción y grado de aislamiento dependen de la temperatura mantenida. Otras consideraciones de diseño más especializados son control de la humedad, requerimientos de ventilación, atmósfera controlada (control de O₂, N₂ o CO₂), protección contra incendios y manejo de materiales.

Los locales para almacenar frío pueden ser fabricados in situ o prefabricados. La disponibilidad actual de paneles pre aislados con bajos factores U ha llevado a incrementar el uso de locales prefabricados.

Aislamiento de cámaras frigoríficas

En los últimos años nuevos materiales aislantes han ido incorporándose a las aplicaciones de diseño de cámaras frigoríficas sustituyendo a materiales tradicionales como el corcho y el yeso. El aislamiento se ha usado en tres formas para esta aplicación: placas, paneles, vertido, pulverizado y en forma de espumas.

Las placas utilizadas para aislamiento incluyen corcho, poliestireno rígido, poliisocianurato, y poliuretano, espumado, y vidrio fibroso.

El aislamiento panelizado ha ganado aceptación, particularmente en instalaciones prefabricadas. La lámina metálica exterior puede servir como barrera de vapor, y los paneles están aislados en factoría con poliestireno, poliisocianurato, poliuretano, o vidrio fibroso. Se han alcanzado valores U tan bajos como 0,035 en paneles con espesor de 100 mm.

Efecto de la humedad en el aislamiento

En la mayoría de los tipos de aislamiento el flujo de energía calorífica es impedido por pequeñas células de aire atrapado distribuidas por todo el material. Cuando el aislamiento absorbe humedad, el aire es reemplazado por agua y el valor del aislamiento se reduce de gran manera. Por eso, el aislamiento debe mantenerse seco en todo momento.

Ver 4ª PARTE