Soluciones a errores comunes en diseño, instalación, operación y mantenimiento para sistemas de refrigeración

Los sistemas de refrigeración mecánica son un factor determinante en la conservación de la cadena de frio para el almacenamiento, distribución y mercadeo de productos al detal, razón por la cual una correcta instalación es indispensable para garantizar su efectividad.

El proceso de “frio alimentario” comprende todos los sistemas y subsistemas involucrados en la conservación de la cadena de frío de productos refrigerados o congelados para venta al detal en supermercados, grandes superficies y tiendas de conveniencia. Está compuesta por el sistema de refrigeración, la exhibición en el área de ventas, pasando por las cámaras de conservación y las áreas de proceso. Regularmente, estas exhibidoras refrigeradas y cuartos fríos están conectados a una central de frio (RACK), conformada por un grupo de compresores que descargan en paralelo todo el calor a un condensador ubicado a la intemperie, regularmente se usa el tipo consensado por aire, dirigido un condensador común, a través de un “manifold” de alta presión.

Este refrigerante, ya en fase líquida y después de almacenarse de manera horizontal o vertical en un tanque, es distribuido por una red de tuberías de cobre ubicadas por el establecimiento, hasta cada evaporador o exhibidor final.

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Estas instalaciones son altamente exigentes para la estabilidad de las condiciones de temperatura y la humedad de los muebles refrigerados, con el fin de proteger la calidad del producto exhibido o almacenado y que generalmente, es muy sensible a los cambios de temperatura. Por lo tanto, considerar estas variables,  instalar adecuadamente los equipos y realizar los mantenimientos aconsejados, permitirá mejorar la gestión comercial del negocio, beneficiará la imagen reputacional de la marca al velar por  la vida y salud de las personas que consumirán estos productos.

Consideraciones desde el diseño

El diseño es la génesis de las especulaciones sobre la arquitectura más apropiada; y cada continente y fabricante tiene sus preferencias. En este análisis se detallan las ventajas entre arquitecturas más sencillas, donde prima la operación con eficiencia convencional o redes y controles, pero también las más complejas, que buscan  ganar algunos puntos en eficiencia y seguridad.

Algunos criterios estéticos para mejorar la experiencia en el punto de venta, permiten acceder con facilidad para hacer el mantenimiento desde una central o por el contrario, hay que hacerlos en el punto de instalación, igualmente, en el diseño se pueden generar registros centralizados, monitoreos y gerenciamiento energético.

Arquitectura del sistema

Por un lado están los sistemas centralizados multi circuitos, en los cuales  todos los elementos mecánicos, electrónicos y el control se encuentran directamente en el rack, como las válvulas solenoides de línea de líquido y descongelamiento (si aplica), las válvulas reguladoras de presión de evaporación, el control y registro de temperatura instalado, monitoreado y operado desde la central de frío. Y por otro lado, tenemos los sistemas distribuídos o tipo loop, los cuales tienen los elementos esparcidos por la tienda, además, los controles se manejan localmente en la exhibidora, cerca de esta o en algunos casos, en cuartos fríos.  

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Descongelamiento

Otro factor importante de diseño es definir el proceso de descongelación por resistencia eléctrica o usar el calor del refrigerante como fuente de energía para hacerlo (Hot Gas o Cool gas). 

Un diseño más simple, a través de las redes de tuberías en la tienda,  permite que las resistencias realicen el proceso de descongelación, pero esto ocasiona un gasto de potencia eléctrica adicional y un incremento de consumo de energía; mientras que se podría obtener mayor eficiencia al descongelar con refrigerante caliente, que se obtiene de la línea de descarga (hot gas) o del condensador a la altura del recibidor de líquido (Cool gas), de esta manera, se aprovecha el calor ideal del cambio de fase de este líquido, haciendo que los ciclos de descongelamiento sean más cortos, lo que redunda en la  eficiencia del sistema.

Con este diseño se deben contemplar costos en la instalación y analizar posibles complejidades en los sistemas de válvulas, controles y ajuste fino final.

Dimensionamiento de tuberías

Se debe tener cuidado con el correcto dimensionamiento de las redes de tubería de alimentación de líquido para evitar flasheo del refrigerante a la entrada de la válvula de expansión, en especial por los gases de aspiración donde las velocidades son críticas para un apropiado retorno de aceite.

Contar con un excelente diseño reflejará un rendimiento mejorado en las velocidades evitando penalidad en la caída de presión o de forma contraria, con diámetros de gran tamaño y bajas velocidades que impidan los retornos de aceite.

La velocidad es una de las variables que determinan el buen dimensionamiento de una tubería, debido a que debe ser lo suficientemente alta para que garantice un adecuado retorno de aceite, pero ajustada para evitar la penalización por exceso en la caída de presión. Regularmente su medición está asociada a una caída de presión equivalente a un cambio de temperatura en la línea.

Se recomienda seguir estas buenas prácticas:

• Línea de Liquido, Velocidad 300 fpm, Caída de presión 1 ºF.
• Líneas de succión horizontales, Velocidad 700 fpm, Caída de presión 2 ºF.
• Líneas de succión verticales ascendentes, Velocidad 1500 fpm, Caída de presión 2 ºF, pero con posibilidad de llegar hasta 2200 fpm cuando prima el retorno de aceite al compresor.

Otras variables a considerar son los elevadores o “raisier” que garantizan subir a cargas parciales. En la figura 1 encontramos ejemplos de los elevadores en una instalación.

Cargas frigoríficas, selección de equipos

Cada fabricante tiene su curva específica para calcular las cargas frigoríficas y en el mercado, usualmente se menciona Btu/Hr por metro lineal de exhibidor, por lo tanto se deben considerar las características particulares,  igual como sucede con los modelos nuevos de muebles refrigerados, que ofrecen diseños con DT menores en los evaporadores que permiten obtener una mayor eficiencia energética con temperaturas de evaporación (TSS) más altas.

Tenga en cuenta que el equipo logre las temperaturas finales con ahorros estimados entre el 2 al 3 % por cada libra para que sea mayor la presión de succión, situación que tendría impacto en todo el grupo de compresores que trabajan para lograrlo.

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Por ejemplo, en estos dos tipos de muebles conectados al mismo grupo de succión, el cual evapora a 15F en MT se obtienen las siguientes características:

• Mientras que una nevera de lácteos demanda 1851 BTUHR/FT lineal
• Una de Carnes atendidas puede estar en el orden de 300 BTUHR/FT Lineal

En esta comparación hay que analizar el desarrollo específico de área de superficie de los evaporadores, combinado con movimiento de aire.

Selección de equipos

El rendimiento final de estos equipos depende de la adecuada combinación entre cada uno de ellos. En la figura 2 se observa que el punto real operativo del “sistema” es la intersección de variables como TD, (diferencia de temperatura entre el aire y el refrigerante) Temperatura de evaporación y temperatura de condensación.