¿Adiós a la refrigeración tradicional basada en compresores?

¿Adiós a la refrigeración tradicional basada en compresores?

De Ozgun Danaci, DNV GL

Hasta hace poco, el sector sanitario utilizaba congeladores de temperatura ultrabaja (ULT) con sistemas de refrigeración en cascada basados en compresores. Los sistemas en cascada son simplemente dos ciclos de refrigeración separados accionados por compresores en una disposición en cascada que consigue temperaturas ultrabajas eliminando el calor del congelador en dos etapas. El primer ciclo elimina el calor del armario del congelador con su evaporador y rechaza ese calor en el segundo ciclo con su condensador. Como hay una diferencia de temperatura importante entre el condensador del primer ciclo y el evaporador del segundo, se pueden alcanzar temperaturas ultrabajas. El segundo ciclo devuelve este calor a la atmósfera para completar el ciclo de refrigeración.

Figura: Sistema de refrigeración en cascada basado en un compresor [1]

Los congeladores ULT con un sistema de refrigeración en cascada basado en un compresor pueden consumir tanta energía como un hogar típico de Estados Unidos al año. Los sistemas en cascada pueden emitir más de 70 toneladas de CO2 a lo largo de su vida útil[2], lo que contribuye significativamente al calentamiento global. Los sistemas de Cascade utilizan refrigerantes sintéticos que provocan el agotamiento de la capa de ozono. Además de los inconvenientes medioambientales, estos sistemas requieren un mantenimiento considerable debido al número de piezas móviles y al funcionamiento de arranque y parada de los compresores.

Recientemente se han introducido en el mercado congeladores que utilizan un sistema de refrigeración Stirling como alternativa a los sistemas de refrigeración basados en compresores para aplicaciones de temperatura ultrabaja. Estos nuevos congeladores no tienen compresor y utilizan un refrigerador Stirling de tipo beta accionado por un motor lineal integrado. El sistema consta de un pistón, que es movido por el motor lineal, y un desplazador, que es movido por el fluido de trabajo (el pistón y el desplazador no están acoplados mecánicamente). El desplazador tiene un lado caliente y otro frío, donde se produce la compresión y la expansión durante el ciclo de transferencia de calor. El lado frío del refrigerador está conectado a un termosifón accionado por la gravedad, donde el refrigerante desciende por el tubo en forma de líquido, absorbe el calor del congelador, se transforma en vapor, sube por el tubo y se condensa de nuevo en líquido en el lado frío del refrigerador Stirling. El conjunto pistón/disipador del refrigerador Stirling traslada el calor al lado caliente mediante un refrigerante y luego dispersa el calor a la atmósfera con un ventilador.

Figura: Sistema de refrigeración Stirling [3]

Un sistema de refrigeración Stirling utiliza de media un 60% menos de energía que un sistema de refrigeración en cascada. El ahorro de energía y de costes que supone la sustitución de un sistema en cascada por un sistema de refrigeración Stirling puede llegar a ser del 75%, dependiendo del equipo de base y de las condiciones de funcionamiento. Los refrigeradores Stirling pueden modularse continuamente, lo que permite operar entre -20oC y -86oC, en comparación con el funcionamiento de -60oC a -86oC de los sistemas en cascada. Como ventaja, estos sistemas pueden alcanzar este grado de refrigeración utilizando refrigerantes 100% naturales que pueden eliminar la necesidad de productos químicos que agotan la capa de ozono. Estos sistemas solo contienen dos piezas móviles (un pistón y un desplazador), no tienen válvulas ni cojinetes de aceite y gas, lo que también reduce los costes de mantenimiento.

Un estudio de 2015 de My Green Lab,Market Assessment of Energy Efficient Opportunities in Laboratories[4] identificó que hay entre 440.000 y 890.000 congeladores ULT en los Estados Unidos, de los cuales se estima que 58.000 están sólo en California. Basándose en el ahorro energético estimado de los congeladores ULT, sólo los laboratorios de California podrían ahorrar hasta 59 millones de dólares al año si sustituyeran los congeladores ULT con compresor por congeladores con refrigeración Stirling [3].

Un congelador con sistema de refrigeración Stirling se convirtió en el primer congelador de temperatura ultrabaja con certificación Energy Star de la industria, estableciendo el estándar. Algunas empresas de servicios públicos e instituciones están pagando incentivos por los congeladores con refrigeración Stirling para influir en el mercado. El sector sanitario ya se está beneficiando de esta tecnología.

El reto: ¿Puede esta tecnología sustituir a los sistemas de refrigeración basados en compresores para aplicaciones comerciales y deberían los programas de eficiencia energética de las empresas de servicios públicos avanzar en esta dirección?

Publicado originalmente aquí

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Sobre el autor

Ozgun es un ingeniero energético con seis años de experiencia en evaluación energética, reducción de emisiones de carbono y sistemas de energía renovable. Ozgun tiene un máster en Energías Renovables y una licenciatura en Ingeniería Química. Es Gestor Energético Certificado, y es Profesional Acreditado LEED en Diseño y Construcción de Edificios.

Fuentes:

1],2,3 Stirling Ultracold, Global Cooling Inc. [4] www.etcc-ca.com/sites/default/files/reports/ceel_market_assessment_et14pge7591.pdf