{"id":1465,"date":"2020-04-08T12:16:28","date_gmt":"2020-04-08T10:16:28","guid":{"rendered":"https:\/\/www.atecyr.org\/blog\/?p=1465"},"modified":"2021-06-11T10:09:25","modified_gmt":"2021-06-11T08:09:25","slug":"principios-del-sistema-de-refrigeracion-pascal-air-por-pedro-nogal","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.atecyr.org\/blog\/2020\/04\/08\/principios-del-sistema-de-refrigeracion-pascal-air-por-pedro-nogal\/","title":{"rendered":"Principios del sistema de refrigeraci\u00f3n PASCAL AIR por Pedro Nogal"},"content":{"rendered":"\n
\"\"<\/figure>
\n

Pedro Nogal<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Sales & Technical Advisor en MAYEKAWA S.L. (Socio Protector de Atecyr)<\/p>\n\n\n\n

<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n\n

<\/p>\n\n\n\n

Introducci\u00f3n<\/strong><\/p>\n\n\n\n

En primer lugar, nos gustar\u00eda comenzar realizando unos comentarios sobre el \u00abfondo\u00bb del sistema de refrigeraci\u00f3n por aire.
Los refrigerantes de fluorocarbono utilizados actualmente en los sistemas de refrigeraci\u00f3n convencionales en la industria alimentaria, pesquera, l\u00e1ctea, de bebidas y de agricultura tienen un impacto en el medioambiente debido a su potencial de agotamiento del ozono o al calentamiento global o ambos efectos.
Los esfuerzos para reducir los impactos ambientales de los refrigerantes de fluorocarbono que se han llevado a cabo, han sido utilizando refrigerantes naturales como amon\u00edaco y CO2 para aplicaciones a bajas temperaturas hasta -45\u00b0C.
Sin embargo, las medidas de reemplazo todav\u00eda est\u00e1n rezagadas en los sistemas de refrigeraci\u00f3n en las zonas de temperatura m\u00e1s bajas, desde -50\u00b0C hasta -100\u00b0C.
Actualmente, para este rango de temperaturas se usan HFC23 y HCFC22 en sistemas en cascada.
Sin embargo, de acuerdo con el protocolo de Montreal, la producci\u00f3n de HCFC22 est\u00e1 prohibida despu\u00e9s de 2020. Y se espera que HFC23, un subproducto de HCFC22 con un GWP de m\u00e1s de 11.700, sea escaso cuando la producci\u00f3n de HCFC22 se detenga y pase a estar sujeta a regulaci\u00f3n tambi\u00e9n.
Para reducir el impacto sobre el medio ambiente, MAYEKAWA desarroll\u00f3 un sistema de refrigeraci\u00f3n que usa aire como fluido de trabajo.
El aire es un refrigerante natural que no tiene un impacto global en el medio ambiente en comparaci\u00f3n con los refrigerantes de fluorocarbono convencionales.
Y, en comparaci\u00f3n con los fluorocarbonos, el aire tiene bajas presiones de trabajo. No es t\u00f3xico ni inflamable. Y no requiere de regulaciones de seguridad. Adem\u00e1s, su \u201cpotencial de agotamiento del ozono\u201d (ODP) y su \u201cpotencial global de calentamiento\u201d (GWP) es 0, por lo que es completamente respetuoso con el medioambiente.
El sistema de refrigeraci\u00f3n, conocido como \u00abPascal Air\u00bb, produce temperaturas extremadamente bajas de entre -50\u00b0C y -100\u00b0C requeridas en almacenes de ultra-baja temperatura, aplicaciones farmac\u00e9uticas y criog\u00e9nicas.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n


Principios del sistema de refrigeraci\u00f3n PASCAL AIR<\/strong>
El aire es un gas m\u00e1s familiar para nosotros. Su ODP y su GWP son ambos 0, y al no ser ni t\u00f3xico ni inflamable, se conoce como el mejor refrigerante natural.
Sin embargo, su temperatura cr\u00edtica de -140,7 \u2103 es baja, y cuando el aire se usa en un rango de temperatura m\u00e1s alta, se vuelve un ciclo de gas sin transici\u00f3n de fase (ciclo supercr\u00edtico).
El ciclo de Brayton, com\u00fanmente utilizado para motores de gas, se aplica como ciclo b\u00e1sico para este sistema de refrigeraci\u00f3n con aire, aunque se diferencia del ciclo general de Brayton en la reversi\u00f3n de la disipaci\u00f3n y absorci\u00f3n de calor, por lo que en este sistema la compresi\u00f3n adiab\u00e1tica, que conduce a la disipaci\u00f3n de calor y la expansi\u00f3n adiab\u00e1tica, va seguida de absorci\u00f3n de calor.
Como  se muestra en la Figura 1, compresi\u00f3n adiab\u00e1tica (1 \u2192 2), disipaci\u00f3n de calor Q1 (2 \u2192 3), expansi\u00f3n adiab\u00e1tica (3 \u2192 4), absorci\u00f3n de calor Q2 (4 \u2192 1) se lleva a cabo en fase gas.
Es decir, el proceso de disipaci\u00f3n de calor Q1 y absorci\u00f3n de calor Q2 es un ciclo realizado en la fase gaseosa con un cambio de presi\u00f3n constante no seguido por condensaci\u00f3n y evaporaci\u00f3n. Es un sistema simple porque el equipo consta de compresor, intercambiador de calor (absorci\u00f3n de calor y disipaci\u00f3n de calor) y expansor. <\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n

Figura 1 Principio b\u00e1sico del ciclo de refrigeraci\u00f3n de aire:
a.e. : Expansi\u00f3n Adiab\u00e1tica.         
end.: Endot\u00e9rmico             
iso: Isotonicidad       
a.c. : Compresi\u00f3n Adiab\u00e1tica
h.r. : Liberaci\u00f3n de Calor

Sistema de circulaci\u00f3n de aire directo<\/strong>
El sistema de refrigeraci\u00f3n de aire \u00abPascal Air\u00bb circula directamente aire a ultra baja temperatura como refrigerante dentro de una c\u00e1mara de congelaci\u00f3n y se compone de tres partes: una compresor integrado al expansor (compresi\u00f3n y expansi\u00f3n), un enfriador primario (disipaci\u00f3n de calor) y un intercambiador de calor de recuperaci\u00f3n de calor fr\u00edo (recuperaci\u00f3n de calor).<\/p>\n\n\n\n

A continuaci\u00f3n se muestra una figura sobre el sistema de circulaci\u00f3n de aire directo:<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n

Este es un ejemplo de un\nsistema donde la temperatura del almac\u00e9n es de -60\u00b0C.<\/p>\n\n\n\n

  •  El aire a -60\u00b0C y a presi\u00f3n atmosf\u00e9rica del\ninterior de la c\u00e1mara de congelaci\u00f3n se absorbe y se env\u00eda al intercambiador de\ncalor (recuperador de calor). <\/li><\/ul>\n\n\n\n
    •  En el recuperador de calor, se intercambia\ncalor con aire refrigerado a 40\u00b0C desde el enfriador primario y se convierte en\n35\u00b0C aire. <\/li><\/ul>\n\n\n\n
      • El aire a 35\u00b0C es comprimido\npor el turbo compresor y se convierte en aire de 90\u00b0C y 1.8 atm\u00f3sferas. Despu\u00e9s\nde eso, el calor se disipa en el enfriador primario hasta 40\u00b0C.<\/li><\/ul>\n\n\n\n
        • El aire a 40\u00b0C\nintercambia calor con aire a -60\u00b0C absorbido desde el interior de la c\u00e1mara y\nse enfr\u00eda a -55\u00b0C.<\/li><\/ul>\n\n\n\n
          • El aire a -55\u00b0C y 1.8\natm\u00f3sferas es expandido adiab\u00e1ticamente en el turbo-expansor, y se convierte en\naire a -80\u00b0C a presi\u00f3n atmosf\u00e9rica que se env\u00eda al interior de la c\u00e1mara.<\/li><\/ul>\n\n\n\n


            <\/em><\/strong>Especificaciones de la serie PASCAL AIR<\/strong><\/p>\n\n\n\n

            \"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n

            \u00abPascalAir\u00bb tiene dos modelos con capacidades de enfriamiento de 15kW y 30kW respectivamente a una temperatura de almacenamiento de -60\u00b0C.

            Caracter\u00edsticas de los diferentes sistemas de refrigeraci\u00f3n<\/strong><\/p>\n\n\n\n

            1. Modelo convencional<\/strong><\/li><\/ol>\n\n\n\n

              Los modelos convencionales utilizan sistemas en cascada con refrigerantes del tipo R22\/R23.
              Mediante evaporadores con motoventiladores generan la recirculaci\u00f3n de aire dentro del almac\u00e9n para mantener los productos congelados, y compensar las cargas de la c\u00e1mara como la iluminaci\u00f3n, el personal, el calor a trav\u00e9s de los paneles y las p\u00e9rdidas a trav\u00e9s de las puertas.
              Este modelo tiene el inconveniente de que va perdiendo rendimiento seg\u00fan se va escarchando el evaporador, adem\u00e1s de tener otra carga adicional proveniente del calor producido por los motores de los ventiladores, hasta que necesita pararse para realizar el desescarche de forma peri\u00f3dica.<\/p>\n\n\n\n

              • Sistema Pascal Air<\/strong><\/li><\/ul>\n\n\n\n

                El almac\u00e9n s\u00f3lo tiene conductos para insuflar aire dentro y fuera de la c\u00e1mara. Estos conductos son instalados f\u00e1cilmente.
                No hay necesidad de evaporadores dentro del almac\u00e9n.
                No tiene carga de calor por ventiladores,
                No existen p\u00e9rdidas por intercambio de calor.
                La humedad presente el aire se puede tratar en el sistema de enfriamiento.
                No es necesario recuperar y recargar refrigerante.

                Ejemplo: PAS30-R:
                Especificaci\u00f3n: COP  0,5 (en -60\u00ba C)
                Continuidad operativa: 24 h
                \u3000\u3000\u3000\u3000\u3000    (Sistemas convencionales 8-16h)
                P\u00e9rdida del rendimiento de refrigeraci\u00f3n: menos del 10% despu\u00e9s de transcurrir 24h
                \u3000\u3000\u3000\u3000\u3000    (Sistemas convencionales: m\u00e1s de 30% despu\u00e9s de 8-16h)
                Ahorro de energ\u00eda: 45% aprox.
                                        (En comparaci\u00f3n con sistemas convencionales)

                \u00c1reas de aplicaci\u00f3n<\/strong>
                El sistema de refrigeraci\u00f3n Pascal Air tiene diversos campos de aplicaci\u00f3n:<\/p>\n\n\n\n

                \n MERCADOS<\/strong>\n <\/td>\n APLICACI\u00d3N<\/strong>\n  <\/strong>\n <\/td><\/tr>
                REFRIGERACI\u00d3N INDUSTRIAL <\/td>\n Pescado\n (congelaci\u00f3n de at\u00fan y bonito)\n Secado\n por congelaci\u00f3n\n Helados\n <\/td><\/tr>
                INDUSTRIA MAR\u00cdTIMA O DE PESCA <\/td>\n Alimentos\n <\/td><\/tr>
                INDUSTRIA M\u00c9DICA O FARMACE\u00daTICA <\/td>\n Procesos\n de producci\u00f3n de medicamentos\n Almacenaje\n de muestras de sangre\n Proceso\n de enfriamiento de \u00f3rganos\n <\/td><\/tr>
                INDUSTRIA QU\u00cdMICA <\/td>\n Procesos\n de fabricaci\u00f3n de material electr\u00f3nico\n <\/td><\/tr>
                INDUSTRIA PETROQU\u00cdMICA <\/td>\n Proceso\n de enfriamiento de gas\n Condensaci\u00f3n\n Destilaci\u00f3n\n Extracci\u00f3n\n <\/td><\/tr>
                SEMICONDUCTORES <\/td>\n  \n <\/td><\/tr>
                INDUSTRIA DEL RECICLADO <\/td>\n Proceso\n de condensaci\u00f3n de detergentes\n Reciclado\n Trituraci\u00f3n\n de caucho y pl\u00e1sticos\n <\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n


                <\/em><\/strong>INSTALACI\u00d3N DE REFERENCIA:<\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\n

                \"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n

                Imagen del aspecto del almac\u00e9n de congelados de Fukasawa.
                El tama\u00f1o de este almac\u00e9n de at\u00fan congelado es de aproximadamente 8.000 toneladas,  en dos c\u00e1maras con una capacidad nominal de alrededor de 4.000 toneladas.
                La temperatura del almac\u00e9n es de -55\u00b0C.
                El equipo de enfriamiento consiste en un total de seis Pascal Air, con tres Pascal Air en cada c\u00e1mara. <\/p>\n\n\n\n

                \"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n


                Hay un conducto de descarga por cada Pascal Air, con un conducto de aspiraci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

                \"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n


                Este sistema no tiene evaporadores, por los que circulan los refrigerantes convencionales.
                Tampoco necesitar\u00e1 desescarches.
                <\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\n

                CONCLUSIONES:<\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\n

                • El\nHFCF22 se ha prohibido en 2020 y debido al alto GWP del HFC23, su uso en el\nfuturo estar\u00e1 sujeto a cierto control. <\/li>
                • El\nsistema Pascal Air se considera una alternativa viable a los sistemas\nconvencionales de fluorocarbono en los rangos de baja temperatura.<\/li>
                • El\nmercado de almacenamiento de temperatura extremadamente baja (-50\u00b0C ~ -100\u00b0C)\nen Jap\u00f3n es de aproximadamente 347.000 toneladas m\u00e9tricas. <\/li>
                • Se\nespera que se reemplacen 20-30 sistemas basados en fluorocarbonos por a\u00f1o. <\/li>
                • Se\nespera que la aplicaci\u00f3n se expanda en procesos de producci\u00f3n de\nsemiconductores de congelaci\u00f3n r\u00e1pida, congelaci\u00f3n y secado, y otras aplicaciones\na baja temperatura donde actualmente se usa nitr\u00f3geno l\u00edquido.<\/li><\/ul>\n\n\n\n

                  BIBLIOGRAF\u00cdA:<\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\n

                  K..Abe, A.Machida, Development of high performance\ndehumidifier air cycle using and advanced polymer sorbent, Proceeding of the\n2006 ISRAE Annual Conference, 2006, Japan<\/p>\n\n\n\n

                  A. Machida, Development of an Air Refrigeration System\n\u201cPascal Air\u201d, and application consideration to large ships, Proceeding of the\n2010 JIME Annual Conference, 2010, Japan<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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