Para analizar un sistema de refrigeración, vale la pena definir el concepto de "enfriamiento", y aclarar también que se entiende por "calor" como la transferencia de energía térmica entre un sistema y el entorno circundante. Enfriar un ambiente o un objeto significa, por lo tanto, eliminar el calor del ambiente u objeto en cuestión, calor que luego se cede al entorno externo adyacente
Para analizar un sistema de refrigeración, vale la pena definir el concepto de "enfriamiento", y aclarar también que se entiende por "calor" como la transferencia de energía térmica entre un sistema y el entorno circundante. Enfriar un ambiente o un objeto significa, por lo tanto, eliminar el calor del ambiente u objeto en cuestión, calor que luego se cede al entorno externo adyacente.
Sin embargo, transferir calor de una fuente fría a una más cálida es un proceso no espontáneo que requiere otro tipo de energía, como la eléctrica. De esto se deriva el uso de los refrigeradores, tanto en procesos industriales, como en la refrigeración de alimentos, como en la climatización del aire. Dependiendo del sector en el que se requiera la refrigeración, las tecnologías y los sistemas de refrigeración difieren significativamente. En general, las máquinas frigoríficas consumen mucha energía y, a menudo, un análisis cuidadoso de los sistemas de refrigeración, si se realiza adecuadamente, conduce a importantes ahorros.
Cada componente de un sistema de refrigeración tiene una tarea específica y, por lo tanto, debe estar sujeto a controles adecuados, realizados, por ejemplo, mediante un buen diagnóstico energético. Ahora clasifiquemos los principales problemas que se encuentran constantemente en los sistemas tecnológicos, incluidos los sistemas de refrigeración:
Pérdidas por fricción y ventilación
Los componentes mecánicos de los ventiladores utilizados en los sistemas de refrigeración, como los rodamientos y todas las piezas en movimiento, introducen inevitablemente pérdidas por fricción. Estas pérdidas pueden ser significativas cuando el desgaste de las piezas mecánicas en movimiento es excesivo o cuando la lubricación es inadecuada. Por lo tanto, es esencial que el mantenimiento se realice regularmente. Durante la inspección, se debe prestar especial atención a todas las partes mecánicas que muestren signos de desgaste, suciedad y generen ruido. Estas anomalías son comunes en los ventiladores que sirven a los intercambiadores de calor de los sistemas de refrigeración.
Motores eléctricos de los compresores
Los compresores de los refrigeradores utilizan uno o más motores electromecánicos. Es importante minimizar las pérdidas de Joule debidas al transporte de energía eléctrica desde el punto de suministro de energía hasta el punto de uso, donde se encuentra el compresor. También es necesario controlar parcialmente la potencia eléctrica del motor del compresor utilizando inversores, según la carga real requerida por el usuario.
Falta de refrigerante
La falta de refrigerante dentro del circuito provoca varios problemas además del consumo excesivo de energía eléctrica. En primer lugar, si el refrigerante que sale del condensador es insuficiente, no alcanza completamente el estado líquido y reduce el efecto de enfriamiento útil, ya que la expansión comienza antes de los valores de diseño. Además, la cantidad de vapor presente en la mezcla que pasa a través de la válvula de expansión provoca un mal funcionamiento de la válvula en sí, ya que no regula correctamente la cantidad de refrigerante que llega al evaporador. Consecuentemente, lleva insuficiente refrigerante y reduce la presión de la evaporación. Por último, el paso de vapor a través de la válvula de expansión provoca un desgaste excesivo.
Presencia de aire en el circuito
El aire presente en el circuito se desplaza al punto donde la presión es más alta, es decir, en el condensador, lo que provoca un aumento de la presión total. El refrigerante condensa a la presión de diseño, pero la mezcla en su conjunto alcanza valores de presión más altos. Esto aumenta la fase de compresión del motor eléctrico, y con ello el consumo de energía.
También aumenta la temperatura al final de la compresión y el riesgo de daños en el equipo. Un aumento de presión también puede deberse a un tamaño incorrecto del condensador o a anomalías en el funcionamiento de los componentes auxiliares de enfriamiento, como ventiladores o torres de enfriamiento.
Pérdidas de carga
Las pérdidas de carga pueden ser causadas tanto por un diseño deficiente como por roturas o malas condiciones de mantenimiento, lo que provoca una obstrucción excesiva de los filtros de aspiración y deformaciones de las tuberías del circuito. Cada una de estas causas reduce la cantidad de fluido aspirado, lo que disminuye la presión de inicio de la compresión, aumenta el trabajo de compresión y, en consecuencia, un mayor consumo. Además, el aumento del volumen del fluido provoca un aumento de la temperatura durante la compresión, lo que a menudo compromete el aislamiento de los devanados del motor eléctrico que sirve al compresor.
Soluciones de eficiencia energética
Si bien es difícil generalizar, en la práctica se observa que, con las mismas potencia instalada y condiciones de demanda, la diferencia de consumo entre un sistema en buen estado de mantenimiento y uno descuidado puede llegar al 30%. En cuanto a las causas, después de las “condiciones de mantenimiento”, siguen en orden de importancia las “condiciones de uso”. Las evaluaciones realizadas muestran diferencias de consumo de hasta el 10% en sistemas en buenas condiciones de mantenimiento. Por último, pero no menos importante, está la adopción de tecnologías de sistemas energéticamente eficientes para reducir el consumo.
Mantenimiento y operación de los sistemas
El mantenimiento es una actividad que debe planificarse según modelos precisos y regulares, y cada control debe ser analítico y detallado. Los controles pueden distinguirse por tipo, frecuencia y, en consecuencia, según la persona que los realiza. Estas verificaciones se pueden dividir de la siguiente manera:
1. Controles visuales y acústicos
Un primer control y verificación, que pueden ser realizados por el personal encargado de la operación de los sistemas, sin necesidad de requerir un alto nivel de experiencia ni equipo, con el objetivo de:
Además, se deben realizar controles más profundos por técnicos experimentados con el equipo adecuado, capaces de detectar fugas de refrigerante y verificar todos los componentes del sistema, incluyendo:
La inspección termográfica de todas las partes, tanto mecánicas como eléctricas, del sistema resulta particularmente útil para este propósito.
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2. Intervenciones de gestión
Se ha mencionado la importancia de la eficiencia perfecta de los sistemas y su estado de mantenimiento, así como su impacto en el consumo. La misma atención debe prestarse a las condiciones de uso. En los sistemas de refrigeración, es muy fácil consumir energía en exceso debido a un uso inadecuado.
3. La carga de refrigeración
La refrigeración debe controlarse en términos de tiempos y temperaturas a los que se deben enfriar sustancias o entornos, limitando el funcionamiento de los compresores tanto como sea posible, reduciendo o apagando las máquinas cuando la refrigeración no sea necesaria, y prestando atención a los valores de temperatura para evitar un enfriamiento excesivo, tanto en procesos de producción donde se necesita eliminar calor como en almacenes frigoríficos o espacios.
4. Las pérdidas
Una de las áreas de intervención que no debe descuidarse es el aislamiento. Además de las cámaras frigoríficas y las juntas de sellado en las puertas, existen muchas partes de los sistemas de distribución que pueden aislarse: tuberías, partes del compresor, bridas y conexiones del absorbente. Hay muchas soluciones que permiten un aislamiento efectivo ahorrando el consumo de energía.
5. Nuevos sistemas o expansiones de los existentes
Cuando se debe crear un nuevo sistema de refrigeración o ampliar uno existente, es importante realizar un estudio de viabilidad preliminar.
Este estudio debe destacar, además de los costos del sistema, el período de recuperación en función de los costos de energía que generará el sistema a lo largo de su ciclo de vida. Y posteriormente, el diseño ejecutivo de los sistemas a implementar. En cualquier caso, se debe hacer una cuidadosa evaluación preliminar en la que se comparen los costos de diferentes soluciones que, en realidad, no son comparables entre sí debido a sus características técnicas.