El evaporador correcto para la aplicación correcta (2da. parte)

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Cúbicos, de doble flujo, para salas de procesos industriales, tipo reach in o tipo penthouse, los evaporadores son equipos cruciales para garantizar el ciclo de la refrigeración. A continuación, te explicamos el funcionamiento y aplicaciones de los cuatro últimos

Raúl Alanis / Imágenes: cortesía de Güntner México

En la primera entrega de este artículo se revisaron algunos principios básicos de la refrigeración comercial e industrial, así como el papel que desempeña el evaporador para el buen funcionamiento de los sistemas de refrigeración y las características del equipo cúbico, uno de los más utilizados en el mercado. A continuación, se detallarán las características de los siguientes cinco tipos de evaporadores y todo lo que debes de saber acerca de ellos.

Figura 1. Configuración de instalación de un evaporador de doble flujo con succión de aire por la parte inferior

2 Evaporador de doble flujo
A diferencia de los evaporadores cúbicos, los de doble flujo cuentan con descarga de aire en dos direcciones y para ello requieren de dos serpentines, uno en cada lado. Estos evaporadores operan bajo una configuración de tiro forzado, es decir, el ventilador fuerza o empuja el aire a pasar por el serpentín. El tiro forzado, en combinación con el ventilador correcto, puede ser empleado para promover distribución de aire a velocidades bajas y con un perfil de flujo amplio equivalente al área de las caras del serpentín, a diferencia de los equipos cúbicos cuya descarga del ventilador apunta directamente al exterior y ocurre a mayores velocidades de viento.

Por lo tanto, las unidades de doble flujo son empleadas generalmente en salas de proceso, es decir, en espacios refrigerados donde se encuentra personal laborando, principalmente por temas de salud.

El modo de instalación de esta gama de evaporadores, dado su perfil de flujo, implica que sean colocados en el techo y al centro geométrico de las cámaras donde su flujo de aire dual permitirá tener viento frío de velocidad baja en dos direcciones simultáneas. Esto contribuye a una distribución de temperaturas muy uniforme. La succión de aire puede ocurrir por la parte inferior, para cámaras donde podemos operar con velocidades de viento moderadas y que requieren de hacer uso de una de las características más atractivas de este diseño de equipos: su esbeltez en dirección de la altura, gracias a la cual es instalado en cámaras donde es necesario un aprovechamiento del espacio hacia lo alto.

Esta familia de evaporadores también puede contar con succión por la parte superior para fomentar la recirculación de aire a baja temperatura en la parte alta de las cámaras de forma lenta, propiciando que ocurra una lluvia de aire frío, pues el aire caliente tenderá naturalmente a subir mientras que el frío desciende (Figura 3). Esto genera un tiro de aire suave ideal para cámaras de proceso en las que existe personal realizando actividades tales como cortes de producto cárnico o empaque, que son actividades que se encuentran tanto a nivel industrial, en grandes plantas procesadoras, como a nivel comercial, en la sección de carnes de los supermercados.

Figura 2. Evaporador de doble flujo para salas de proceso y configuración de tiro

Figura 3. Configuración de instalación de un evaporador de doble flujo con succión de aire por la parte superior para cámaras o salas de proceso

Figura 4. Configuración de instalación de un evaporador para cámaras o salas de proceso de nivel industrial

3 Evaporador para salas de proceso industriales
En gran cantidad de salas de proceso, tanto de refrigeración comercial como industrial, predomina el uso de equipos de doble flujo. Sin embargo, existe una configuración de evaporador destinada específicamente para las cámaras de proceso de nivel industrial. La cubierta o carcasa de estos equipos está fabricada con acero inoxidable y tiene el objetivo de cumplir con altos estándares de higiene. Opera bajo el principio de distribución de aire a baja velocidad con el objetivo de no generar impacto negativo en la salud del personal que opera en este tipo de espacios refrigerados.

Figura 5. Evaporador para cámaras de procesos industriales

Una de sus características más importantes es su bandeja de goteo y desagüe, ubicada en la parte inferior y diseñada para realizar cobertura del equipo, de modo que cualquier tipo de partícula que se desprenda o caiga por efecto de la gravedad hacia la parte inferior quede adentro de ésta. Cabe destacar que este equipo está pensado para instalación en el techo de cámaras de gran altura, y a diferencia de los sistemas de doble flujo opera bajo el principio de tiro de aire inducido.

Figura 6. Evaporador tipo reach in

4 Evaporador tipo reach in
Estos evaporadores operan bajo un esquema de flujo forzado. Son especiales para cámaras frías o frigoríficos de perfil bajo y espacio reducido, pertenecientes en su mayoría al sector de refrigeración comercial. Las más comunes son las cámaras de bebidas frías en tiendas de conveniencia, donde el usuario accede al producto, situación que también le otorga su nombre a este tipo de evaporador como también a dicho espacio refrigerado: reach in.

Este modelo se instala en el techo y, a diferencia de equipos cúbicos, puede ir en contacto con la pared por la parte posterior, gracias a su sistema de succión de aire que se encuentra angulada a 45°, lo que permite optimizar el espacio interior de las cámaras.

Figura 7. Configuración de tiro de aire forzado de un evaporador tipo reach in

A diferencia de los equipos cúbicos, que operan con la configuración de tiro inducido con descargas de aire rápidas, uno de los beneficios de operar a tiro forzado, es que la velocidad del aire que pasa por la sección del serpentín es sustancialmente más baja que la que pasa por la pequeña sección del ventilador. Esto lo vuelve ideal para cámaras o frigoríficos, pues su descarga de aire se encuentra típicamente direccionada hacia las puertas que también son el punto de ubicación del producto. En México, a menudo es posible observar equipos cúbicos operando en cámaras tipo reach in en lugar de los evaporadores homónimos a dichas cámaras. Una de las posibles razones de esto es el menor costo de los sistemas cúbicos; sin embargo, resulta conveniente hacer un comparativo de qué ocurre con el uso de una u otra configuración de evaporador.

Figura 8. Configuración de tiro de aire forzado en un evaporador tipo reach in

Como se mencionó, los equipos reach in poseen descargas de aire más lentas gracias a que están diseñados meramente con ese enfoque. Éstos trabajan bajo un esquema de serpentines con gran cantidad de superficie que promueve el uso de ventiladores de baja potencia. En contraste, los evaporadores cúbicos operan con una proporción ligeramente opuesta para entregar la misma potencia frigorífica, es decir, menor superficie de intercambio (tubos y aletas) y ventiladores con mayor potencia. Asimismo, el flujo de aire apunta directamente a las puertas, que a su vez son unos de los puntos de mayores ganancias de calor. Esto propicia un mayor consumo energético, en la medida que la velocidad de aire sea mayor sobre las mismas. Luego, durante la apertura y cierre de puertas el aire frío tiende a intercambiarse por aire caliente del exterior. Lo anterior genera ganancias de calor, empañamiento por humedad en puertas, formación de hielo en el evaporador, ciclos de deshielos más frecuentes, sin dejar de mencionar que descargas rápidas de aire frío pueden impactar de forma directa en el usuario.

Por estas razones, los evaporadores tipo reach in son la selección más acertada para aplicaciones comerciales de acceso rápido al producto, pues sus tiros de aire cortos y a baja velocidad son ideales tanto para minimizar las fugas energéticas como para brindar confort a los usuarios, justificando con su eficiencia de operación cualquier diferencial de costos en comparación con otra tecnología.

Figura 9. Evaporador tipo penthouse con cuatro ventiladores

5 Evaporador tipo penthouse
La particularidad de estos sistemas radica en su instalación fuera de la cámara frigorífica. En esencia, se trata de evaporadores muy parecidos a los cúbicos en cuanto a la posición del serpentín, pero con la ductería necesaria para hacer una circulación de aire direccionada y ventiladores con cierto ángulo de inclinación. El objetivo de estos equipos, instalados por encima del techo de las cámaras, es obtener un aprovechamiento total del espacio refrigerado. Es decir, al evitar instalar equipo dentro del recinto, con sus respectivos requerimientos de espacio para su correcta operación, es posible maximizar el aprovechamiento volumétrico de la cámara frigorífica, volviendo estos evaporadores ideales para grandes bodegas refrigeradas y centros logísticos donde los costos de frío cuentan por cada metro cúbico de espacio aprovechado.

Como parte de los requerimientos de instalación y operación, los evaporadores tipo penthouse deben contar con pequeñas cámaras aisladas que los contengan en la parte exterior del recinto refrigerado. De igual manera, los ventiladores de estos sistemas deben contar con la cuantificación de las caídas de presión de los ductos que realizan la distribución de aire en la cámara desde la etapa inicial de diseño y selección. Lo anterior permitirá dimensionar correctamente los ventiladores en términos de tamaño y potencia.

Figura 10. Esquema de modo de instalación y operación del evaporador tipo penthouse

Un evaporador para cada aplicación
Con el conjunto de configuraciones de evaporadores mencionados, es posible atender casi la totalidad de los requerimientos de las cámaras frigoríficas del mercado industrial como comercial.

Las características más importantes que definen tanto el dimensionamiento como el tipo de evaporador a emplear son el tipo de producto y las dimensiones del espacio a refrigerar, pues mientras el primero determina las variables a controlar para una correcta preservación (temperatura, humedad, flujo de aire), el segundo establece los requerimientos finales de dimensionamiento para el correcto control de dichas variables.

Lo anterior, en conjunto, genera un impacto en los componentes principales de los evaporadores: el serpentin y los ventiladores, sin duda elementos clave para determinar la configuración ideal para cada caso particular.
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Raúl Alanis
Ingeniero mecánico por la Universidad Autónoma Metropolitana, campus Azcapotzalco, donde trabajó como apoyo docente para el Departamento de Energía. Actualmente, se desempeña como ingeniero de soporte técnico de ventas y aplicaciones en Güntner México. Asimismo, colabora en actividades de desarrollo y normalización en materia de ahorro energético a nivel nacional.