Técnicos de almacenamiento frigorífico optan por soluciones sostenibles con refrigerantes naturales

El almacenamiento frigorífico es muy importante para los alimentos en su transporte desde el productor hasta el consumidor. Para asegurar una calidad consistente, es esencial asegurar una cadena de frío sin interrupciones. De lo contrario, más del 60 por ciento de todos los alimentos como la carne, la leche y la fruta se estropearían rápidamente. Enfriar estos productos, lo que también exige diferentes temperaturas, es un reto para los técnicos del almacenamiento frigorífico: el método usado necesita ser seguro, y la temperatura de cada sala de almacenamiento debe ser mantenida en un nível establecido legalmente, con lo mínimo posible de fluctuaciones. Al mismo tiempo, las presiones económicas les obligan a minimizar la energía necesaria para suministrar la enorme cantidad de refrigeración necesaria.

"Los sistemas de refrigeración que usan refrigerantes naturales tienen una función importante", dice Thomas Spänich, que es miembro del consejo de administración de eurammon, la iniciativa europea para los refrigerantes naturales. “Gracias a las propiedades termodinámicas del amoniaco, dióxido de carbono e hidrocarburos, este tipo de sistema es muy eficiente energéticamente. Los refrigerantes naturales son, así, no sólo interesantes para los técnicos como una alternativa ecológica. También ofrecen ventajas económicas y reducen los costes de operación.“

La cadena de supermercados británica Asda es una empresa que ha sacado provecho de esto. Asda utiliza un sistema de cascada a dióxido de carbono y amoniaco en uno de sus principales centros de distribución en Lutterworth desde 2007. Este es el último de un conjunto de este tipo de sistemas que Asda ha instalado desde 2002 en sus centros de distribución por el fabricante de sistemas de refrigeración Star Refrigeration. El objetivo de este programa de modernización a largo plazo es sustituir todos los sistemas basados en HCFC R22 en uso hasta el día de hoy. Para enfriar todo el almacén frigorífico, que tiene un volumen de cerca de 270.000 m3, Star Refrigeration instaló un sistema de refrigeración centralizado que consiste en dos circuitos de refrigeración conectados por un intercambiador de calor. Este sistema tiene una carga de 1,6 toneladas de amoniaco más cerca de 8 toneladas de dióxido de carbono. Tiene un total de producción de refrigeración de 3,2 megavatios y enfria un almacén de comida congelada hasta los -25°C y también várias salas de enfriamiento rápido con temperaturas de entre 1 y 13°C. Para el almacén frigorífico, el dióxido de carbono es usado como un fluido de baja temperatura en un ciclo de compresión de vapor, rechazando su calor, a través del condensador de dióxido de carbono, al circuito de amoniaco. El dioxido de carbono es condensado a -5°C y es entonces puesto en circulación como refrigerante secundario volátil de alta temperatura, suministrando enfriamiento a un conjunto de grandes salas de enfriamiento y al sistema de aire acondicionado del edificio. La capacidad de enfriamiento de la planta de dióxido de carbono de baja fase, que suministra dióxido de carbono líquido a -31°C a seis enfriadores de aire en el almacén frigorífico, es de 820 kW. La planta de refrigerante secundario volátil sirve 20 enfriadores de aire en tres cámaras frigoríficas y tiene una capacidad de 2.400 kW. El ciruito de dióxido de carbono de baja fase incorpora dos compresores de tornillo, un tanque de compensación y un conjunto de bombas, dos condensadores de placa y revestimiento y un receptor de alta presión. El sistema de refrigeración también consta de dos sistemas de amoniaco independientes de alta fase, cada uno con dos compresores de tornillo, un tanque de compensación/evaporador y un condensador evaporativo. Las funcionalidades especiales del sistema de refrigeración son el sistema de control informatizado y los detectores de amoniaco y de dióxido de carbono, diseñados para detectar cualquier fuga en primer momento.

El distribuidor de alimentos Trio Invest utiliza un sistema similar en su nuevo centro de distribución de comida en Domodedovo, Rusia. En el complejo de almacenes, con una capacidad total de 22,000 toneladas, el objetivo de la empresa es enfriar productos cárnicos, pescado y aves de una forma ecológica. Trio Invest quería cinco almacenes frigoríficos con una temperatura de -24°C, y cinco cámaras más serían enfriadas a 0°C. El fabricante de sistemas de refrigeración Johnson Controls instaló un sistema de refrigeración diseñado para cumplir con estos requisitos usando 2,9 toneladas de amoniaco para el nivel de alta temperatura y 8,8 toneladas de dióxido de carbono para el nivel de baja temperatura. La temperatura de evaporación del refrigerante, el dióxido de carbono, es de -32°C. El sistema, que ofrece un suministro de refrigeración de 2.500 kW y supone cinco compresores de pistones de dióxido de carbono y cuatro compresores de tornillo de amoniaco, empezó a funcionar en 2007.

El técnico de almacenamiento frigorífico H. M. de Jong contrató el fabricante de sistemas de refrigeración GTI Koudetechniek para construir un sistema de refrigeración potente y económico para su almacén frigorífico en la pequeña ciudad holandesa de Ridderkerk. El negocio familiar necesitaba especialmente una solución para almacenar pomos y bayas, para mantener un espacio total de almacencamiento de cerca de 100.000 m3 con una altura de hasta 20 metros con temperaturas de entre -3 y +13°C. GTI Koudetechniek instaló un sistema de cascada, con una capacidad de 1,4 toneladas de amoniaco y 11 toneladas de dióxido de carbono. El sistema suministra una capacidad de refrigeración de 1.600 kW desde su puesta en marcha en 2007. Utiliza el dióxido de carbono como refrigerante de evaporación, con una temperatura de evaporación de -8°C. Puesto que la temperatura en cada cámara jamás debería variar en más de 1°C, una combinación de válvulas de expansión electrónicas y un sistema de distribución de aire cuidadosamente diseñado asegura que el aire enfriado es distribuido con más de 100 enfriadores de aire. Cuando este sistema estaba siendo desarrollado, los caudales de aire fueron inicialmente simulados en un modelo informatizado. El modelo fue entonces usado para lograr una baja velocidad de circulación de aire. Los principales componentes del circuito de amoniaco incluyen dos compresores de tornillo, tres condensadores enfriados por aire y un condensador evaporativo. Más aún, GTI Koudetechniek usó dos condensadores de descongelación de dióxido de carbono y dos evaporadores o condensadores de cascada para el sistema. Además del alto nivel de eficiencia energética del refrigerante natural utilizado, las piezas como el economizador y el conversor de frecuencia contribuyen al bajo consumo de energía del sistema. El técnico también puede ahorrar dinero descongelando piezas heladas usando dióxido de carbono caliente, lo que elimina la necesidad de un sistema de descongelación convencional.

El proveedor de logística de alimentos refrigerados y ultracongelados Frigosuisse usa un sistema de amoniaco bombeado en uno de sus almacenes de ultracongelación en la pequeña ciudad suiza de Möhlin. La empresa expandió los tres almacenes existentes añadiendo otro para aumentar el espacio de almacenamiento en 65.000 m3. Entonces, fue necesario enfriar el nuevo edificio a los -28°C en el almacén de ultracongelación y a los -10°C en la planta contigua de empaquetado automático. La oficina de ingenieros SSP Kälteplaner diseñó un sistema de amoniaco bombeado con modo Eco, que fue construido por el fabricante de sistemas de refrigeración Johnson Controls (anteriormente York International). El sistema, que empezó a funcionar en junio de 2007, tiene una capacidad de refrigeración de 540 kW y una capacidad de 2,1 toneladas de amoniaco. El refrigerante es usado para evaporación directa y es recirculado repetidas veces, con una temperatura de evaporación de -40°C. Los principales componentes usados por el sistema son los compresores de tornillo, los condensadores evaporativos, separadores, economizadores y también bombas de amoniaco y enfriadores de aire. Los enfriadores distribuyen el aire frío verticalmente en la cámara, formando un “depósito frío”.

En el pueblo suizo de Neuendorf, Migros Verteilbetrieb AG, una empresa cuya actividad principal es la logística de ultracongelación para los alimentos, también buscaba una solución para el problema de cómo distribuir la temperatura en su almacén de ultracongelación. Con una capacidad de almacenamiento de 167.000 m3 este complejo de almacenamiento es el mayor almacén frigorífico de ultracongelación en Suiza. La tarea era asegurar una temperatura constante de -28°C en todo el interior, que tiene espacio para más de 25.800 paletas hasta una altura de 29 metros. Para lograrlo, el fabricante de sistemas de refrigeración Johnson Controls (anteriormente York International) instaló un sistema de refrigeración bifásico por amoniaco con una capacidad de refrigeración de 1.074 kW. Un sistema de aire descendente distribuye el aire frío y asegura que la temperatura sólo puede oscilar en hasta un 1,9°C. Las ventajas de este sistema son una disminución de cerca de 85 por ciento en la cantidad de energía necesaria para el ventilador, lo que redujo la cantidad de enfriamiento necesaria en cerca de un seis por ciento. Esto resultó en una reducción de un siete por ciento en la energía total usada por el sistema, y los costes de inversión han sido reducidos en un 25 por ciento. Desde mediados de los años 1990, Johnson Controls instaló otros sistemas similares en 15 almacenes de ultracongelación. El almacén en Neuendorf es de lejos el mayor hasta hoy equipado con un sistema de aire descendente.

Los refrigerantes naturales han sido tradicionalmente usados en Europa para procesar y almacenar los alimentos. Por ejemplo, el amoniaco es usado un 90 por ciento de las veces en países como el RU, Dinamarca y Austria. “Con el amoniaco y el dióxido de carbono podemos ahorrar hasta un 30 por ciento de energía”, dice Thomas Spänich, de eurammon. “Puesto que la época de los HCFC en Europa termina en 2015, los refrigerantes naturales como el amoniaco y el dióxido de carbono son alternativas excelentes. Los técnicos de los almacenes frigoríficos que todavía no usan estos refrigerantes comprobaran que el cambio vale la pena."

Amoniaco (NH₃)

El amoniaco ha sido usado com éxito como refrigerante en las plantas de refrigeración industrial durante más de 130 años. Es un gas incoloro que licúa bajo presión y tiene un olor acre. El amoniaco no tiene un potencial de destrucción de la capa de ozono (ODP = 0) ni un potencial de calentamiento global directo (GWP = 0). Gracias a su alta eficiencia energética, su contribución al potencial de calentamiento global indirecto también es baja. El amoniaco es inflamable y es tóxico para la piel y las membranas mucosas. Sin embargo, su energía de ignición es 50 veces más alta que la del gas natural y el amoniaco no quemará sin una llama de apoyo. Debido a la gran afinidad del amoniaco por la humedad atmosférica está clasificado como “poco inflamable”. El amoniaco es tóxico, pero tiene un olor acre característico que avisa con concentraciones posibles de amoniaco abajo de 3 mg/m³ en el aire. Esto significa que el amoniaco es evidente en niveles muy abajo de los que ponen en peligro la salud. Además el amoniaco es más ligero que el aire, con lo que sobe rápidamente.

El dióxido de carbono tiene una larga história en la refrigeración, desde mediados del siglo 19. Es un gas incoloro que licúa bajo presión, con un olor y un sabor ligeramente agrio. El dióxido de carbono no tiene un potencial de agotamiento de la capa de ozono (ODP = 0) y casi no tiene potencial de calentamiento global directo (GWP = 1) cuando usado como refrigerante en circuitos cerrados. No es inflamable, es quimicamente inerte y más pesado que el aire. El dióxido de carbono es narcótico y peligroso para la salud humana en concentraciones moderadamente altas. Puesto que el dióxido de carbono tiene una temperatura crítica más baja que los otros refrigerantes, los estudios recientes se han enfocado particularmente a la optimización del diseño de sistema, y cada vez más plantas de refrigeración eficaces están siendo desarrolladas para eliminar este hueco. El dióxido de carbono está disponible en abundancia y no es necesario reciclar o eliminar residuos.