El ciclo de la refrigeración es un proceso termodinámico que se utiliza en diferentes sistemas de refrigeración, como en aires acondicionados, refrigeradores y sistemas de enfriamiento industrial. Este ciclo consta de cuatro etapas principales: compresión, condensación, expansión y evaporación, que en conjunto permiten la transferencia de calor desde el lugar que se desea enfriar al ambiente.
En la primera etapa, la compresión, el vapor refrigerante sobrecalentado es aspirado por el compresor y comprimido, lo que provoca un aumento en su presión, temperatura y energía. Este vapor se convierte en un líquido a alta presión y temperatura, que es conducido a través de tuberías hasta el intercambiador de calor.
En la segunda etapa, la condensación, el vapor refrigerante se enfría y condensa, liberando calor. Un intercambiador de calor es utilizado para transferir el calor generado por el vapor refrigerante a otro fluido, como el aire o el agua.
En la tercera etapa, la expansión, la presión del refrigerante se reduce mediante una válvula de expansión, que reduce la presión del líquido refrigerante y lo hace pasar a un estado de vapor. Este vapor refrigerante de baja presión se dirige hacia el evaporador, donde se produce la última etapa.
En la cuarta y última etapa, la evaporación, el refrigerante se evapora a una temperatura y presión constantes, absorbiendo calor del medio enfriado. Al finalizar esta etapa, el ciclo se repite continuamente para mantener el ambiente en una temperatura adecuada.
Cuáles son las etapas del ciclo de la refrigeración
El ciclo de la refrigeración es un proceso que se utiliza para mantener bajos niveles de temperatura en un ambiente determinado. Consta de cuatro etapas que se repiten de forma continua, permitiendo que haya una refrigeración constante.
- Etapa del evaporador: Durante esta etapa, el gas refrigerante absorbe el calor del ambiente y se evapora, convirtiéndose en vapor. Esto provoca que la temperatura del ambiente disminuya.
- Etapa del compresor: En esta etapa, el vapor de gas refrigerante es comprimido, lo que aumenta su temperatura y presión.
- Etapa del condensador: Durante esta etapa, el gas refrigerante caliente se enfría y se condensa, liberando el calor al ambiente exterior. Esto permite que el gas vuelva al estado líquido y que el proceso de refrigeración siga funcionando correctamente.
- Etapa de la válvula de expansión o regulador: El gas refrigerante condensado pasa a través de la válvula de expansión, donde se reduce su presión y temperatura, preparándolo para volver al evaporador y reiniciar el ciclo.
En conclusión, el ciclo de la refrigeración es un proceso esencial para mantener una temperatura baja en diferentes ambientes. Las cuatro etapas del ciclo permiten que el proceso sea continuo y eficiente, siendo cada una de ellas indispensable para el correcto funcionamiento de todo el sistema.
¿Cómo funciona el ciclo de la refrigeración?
El ciclo de refrigeración industrial es un proceso que tiene como objetivo principal la absorción de calor del medio que se desea refrigerar y su transferencia al ambiente mediante la circulación de un fluido refrigerante. Este fluido refrigerante tiene características específicas en función de las condiciones de presión y temperatura.
Los componentes básicos del ciclo de refrigeración son el compresor, el condensador, la válvula de expansión y el evaporador. Cada uno de estos componentes cumple una función esencial para el correcto funcionamiento del sistema y para la consecución del objetivo de refrigeración.
- Compresor: Se encarga de comprimir los gases provenientes del evaporador, elevando su presión y temperatura. De esta forma, se prepara al fluido refrigerante para su paso por el condensador.
- Condensador: Disipa la potencia calorífica absorbida en el evaporador y la potencia de compresión del compresor. Es el encargado de transferir la energía térmica del fluido refrigerante al ambiente externo.
- Válvula de expansión: Genera una caída de presión entre el condensador y el evaporador. De esta forma, se prepara al fluido refrigerante para su paso por el evaporador.
- Evaporador: Absorbe la energía térmica del medio a enfriar aprovechando el cambio de estado de líquido a gas del fluido refrigerante. Es el encargado de devolver al sistema el fluido refrigerante en su estado inicial, preparado para volver a ser comprimido.
Además de estos componentes básicos, en un ciclo de refrigeración industrial pueden existir elementos auxiliares como válvulas de cierre, filtros deshidratadores, recipientes de líquido, entre otros. Cada uno de estos elementos desempeña una función específica dentro del sistema, garantizando su correcto funcionamiento y prolongando su vida útil.
¿Cuáles son los componentes del ciclo de la refrigeración?
El ciclo de la refrigeración utiliza varios componentes para funcionar adecuadamente. Los cuatro componentes principales del ciclo de la refrigeración son el compresor, el condensador, la válvula de expansión y el evaporador.
- Compresor: Este componente es esencial para el ciclo de la refrigeración. El compresor es responsable de comprimir el refrigerante en forma de gas, aumentando su presión y temperatura. Luego, el gas es expulsado a través de una tubería de descarga para que fluya por el circuito de refrigeración.
- Condensador: El condensador es otro componente importante del ciclo de la refrigeración. Este dispositivo extrae el calor del refrigerante a alta presión y temperatura, y lo condensa completamente con la ayuda de un ventilador. Esto permite que el refrigerante se enfríe y se vuelva acondicionado para su uso en el ciclo de la refrigeración.
- Válvula de expansión: La válvula de expansión es responsable de reducir la presión y la temperatura del refrigerante líquido, lo que crea una diferencia de presión entre los lados de alta y baja presión del circuito de refrigeración. Puede ser una válvula de expansión termostática o un tubo capilar.
- Evaporador: El evaporador es un intercambiador de calor crucial en el ciclo de la refrigeración. Este componente absorbe el calor del medio ambiente y enfría el espacio. El refrigerante se evapora en el serpentín del evaporador y se expulsa aire fresco con la ayuda de un ventilador.
Además de estos componentes, el refrigerante es un elemento fundamental para el funcionamiento del ciclo de refrigeración. Es un compuesto químico que puede encontrarse en estado líquido o gaseoso, y absorbe fácilmente el calor del ambiente. El ciclo de refrigeración funciona de manera cíclica gracias a estos componentes. El refrigerante ingresa al compresor en forma de gas a baja temperatura y presión. Luego, el compresor comprime el gas, aumentando su presión y temperatura antes de expulsarlo a través de la tubería de descarga. Desde allí, el refrigerante fluye por el condensador, donde se enfría completamente gracias al ventilador. Después, la válvula de expansión reduce la presión y la temperatura del refrigerante líquido antes de que ingrese al evaporador. Este proceso permite que se evapore y absorba el calor del medio ambiente, generando aire fresco que es expulsado con el ventilador del evaporador. Finalmente, el refrigerante en estado gaseoso vuelve al compresor para comenzar el ciclo de refrigeración una vez más.
Aplicaciones del ciclo de la refrigeración en la industria alimentaria en México
La refrigeración es fundamental en la industria alimentaria en México, ya que permite extender la vida útil de los alimentos y mantener su calidad y propiedades organolépticas. El ciclo de refrigeración se utiliza en diferentes etapas del procesado de alimentos, desde el pre enfriamiento hasta la esterilización y pasteurización.
- Pre enfriamiento: Una de las aplicaciones del ciclo de refrigeración en la industria alimentaria en México es el pre enfriamiento, utilizado principalmente en la producción y manipulación post cosecha de frutas y verduras. Este proceso permite ralentizar el metabolismo de los alimentos y evitar el crecimiento de bacterias y microorganismos dañinos.
- Enfriamiento/Refrigeración: Después del pre enfriamiento, los alimentos se mantienen a una temperatura adecuada para ralentizar el crecimiento bacteriano. Las cámaras frigoríficas y otros sistemas de refrigeración se utilizan en esta etapa para mantener los alimentos frescos y evitar su deterioro.
- Congelación: La congelación es otra aplicación del ciclo de refrigeración en la industria alimentaria en México. Este proceso se utiliza para inactivar los microorganismos y permitir un almacenamiento prolongado de los alimentos. Los túneles de congelación son una herramienta común en la congelación de diferentes tipos de alimentos.
- Esterilización y Pasteurización: La refrigeración es fundamental para la esterilización y pasteurización de alimentos, ya que permite bajar la temperatura tanto del producto como del líquido de gobierno, preservando las propiedades organolépticas del mismo y permitiendo su almacenamiento y distribución posterior.
En la industria alimentaria en México se utilizan diferentes sistemas de refrigeración, como las torres de refrigeración o los aeroenfriadores adiabáticos para refrigerar autoclaves en la industria conservera. Es significativo llevar un control fiable del proceso de refrigeración para garantizar la calidad de los alimentos y evitar desperdicios y pérdidas innecesarias.
Normativas en México sobre el ciclo de la refrigeración
La normativa relevante en México sobre el ciclo de la refrigeración es la NOM-012-ENER-2019. Esta norma regula el mercado de los equipos de refrigeración en beneficio de los usuarios, asegurando que cuenten con aparatos eficientes y que disminuyan su facturación eléctrica.
La NOM-012-ENER-2019 también evita la competencia desleal y la comercialización de equipos ineficientes, contribuyendo así a la preservación de recursos energéticos.
La norma oficial mexicana NOM-012-ENER-2019 fue publicada el Martes 22 de diciembre de 2020.
- Unidades condensadoras para refrigeración con potencia frigorífica mayor o igual a 746 W (2 547 BTU/h) y menor a 26 000 W (88 716 BTU/h) en media temperatura, y menor a 9 500 W (32 415 BTU/h) en baja temperatura.
- Unidades evaporadoras para refrigeración de bajo perfil con capacidades nominales de enfriamiento mayor o igual a 300 W (1 023 BTU/h) y menor a 40 000 W (136 482 BTU/h) en media temperatura, y menor a 13 000 W (44 397 BTU/h) en baja temperatura.
Quedan excluidos del alcance de esta norma las unidades de acondicionamiento de aire para uso en confort con temperatura de aire mayor a 15.0 °C, los difusores de aire o evaporadores para refrigeración instalados en ductos o conectados a ductos, los sistemas de refrigeración tipo tándem (tipo rack) en paralelo de más de un compresor, y las unidades condensadoras que incluyan un variador de frecuencia del tipo “INVERTER” (esta excepción debe ser autorizada por la dependencia que emite la norma).
La norma NOM-012-ENER-2019 busca promover la eficiencia energética en los equipos de refrigeración. Se estima que con la regulación de estas unidades, se logrará un ahorro anual de 529 mil MWh en el primer año de aplicación de la norma.
Impacto del ciclo de la refrigeración en el medio ambiente en México
La refrigeración es una necesidad en la vida moderna, tanto en el hogar como en la industria. Sin embargo, su impacto en el medio ambiente es significativo. El ciclo de la refrigeración es una de las principales fuentes de emisiones de gases de efecto invernadero que contribuyen al calentamiento global y a la destrucción de la capa de ozono en México. Estos efectos negativos están relacionados con el uso de refrigerantes que son altamente contaminantes. Antes del Protocolo de Montreal en 1987, los compuestos CFC utilizados en los refrigerantes estaban causando un agujero en la capa de ozono.
Gracias a las políticas internacionales que se han implementado en los últimos años, la capa de ozono se está recuperando, pero aún queda mucho por hacer. Actualmente, los refrigerantes actuales apenas afectan a la capa de ozono, pero siguen siendo muy nocivos para el calentamiento global, potenciando el efecto invernadero. Según la normativa F-Gas, se han establecido medidas para regular los gases refrigerantes que utilizan el PCA (Potencial de Calentamiento Atmosférico) o GWP (Global Warming Potential) para medir su impacto en el calentamiento global. Algunos refrigerantes tienen PCAs superiores a 1500, lo que los hace 1500 veces más perjudiciales para el calentamiento global que el CO2.Otros puntos importantes son:
- Las emisiones de gases fluorados de los refrigerantes podrían llegar a 4 GT equivalentes de CO2 para el año 2050, lo que representaría un aumento significativo en su contribución al calentamiento global.
- La legislación busca frenar este aumento y promover la sostenibilidad de los refrigerantes.
- Se está prohibiendo el uso de los refrigerantes de mayor PCA, lo que ha llevado a un movimiento del mercado en busca de gases alternativos o sustitutos, incluyendo los refrigerantes naturales, que son biodegradables y presentes en la naturaleza.
En consecuencia, existe la necesidad de reducir el impacto de los refrigerantes en el medio ambiente a través de políticas sostenibles y de medidas que incentiven su desarrollo, así como de fomentar la transición hacia alternativas más respetuosas con el medio ambiente.
Cómo mejorar la eficiencia del ciclo de la refrigeración en México
La eficiencia de los sistemas de refrigeración es un tema crucial para las industrias que buscan reducir el consumo de energía en sus operaciones de manufactura. Afortunadamente, existen diversas estrategias para mejorar esta eficiencia, como el uso de compresores de velocidad variable y ventiladores de condensación de velocidad variable, que pueden acarrear un ahorro significativo en los costes de operación.
Además, es posible recuperar calor del gas de descarga en los compresores de alto grado, aunque una opción aún más efectiva es recuperar calor de los intercambiadores de calor de refrigeración de aceite en los paquetes de compresores de tornillo. También es crucial equiparar la capacidad del compresor con la demanda del sistema mediante controles adecuados, ya que la eficiencia de los compresores de tornillo puede disminuir cuando se descarga en respuesta a una disminución de la demanda.
Por otro lado, los gases calientes deficientes pueden representar un consumo energético significativo en una bodega de almacenaje en frío debido a las secuencias y controles del descongelamiento. Para mitigar esto, se recomienda establecer una secuencia de descongelamiento que evite que los tiempos de permanencia de los gases calientes superen los 15 minutos.
Finalmente, se pueden buscar oportunidades para reducir las cargas parásitas en el sistema de refrigeración, como mejorar el aislamiento, sellado de puertas adecuado y evitar aberturas que permitan la entrada de calor externo. Sabiendo esto, existen diversas estrategias para mejorar la eficiencia del ciclo de refrigeración en México, y las industrias pueden aprovechar estas recomendaciones para reducir su consumo energético y mejorar su rentabilidad.
