Cámaras de enfriamiento: tipos y sistemas de refrigeración

La mayoría de las pruebas climáticas consisten en aumentar la temperatura y la humedad relativa para determinar la reacción del producto o material que se está probando.

Pero ¿qué ocurre en el otro extremo del espectro climático?

qué los sistemas de refrigeración y cuántos tipos de cámaras de enfriamiento existen?

Hoy vamos a tratar este tema.

Tipos de cámaras de enfriamiento

En la industria, término "cámara de refrigeración" es un término general que engloba todas aquellas cámaras capaces de alcanzar y mantener una temperatura interna de al menos 0°.

Por este motivo, la función de una cámara frigorífica puede ser desempeñada por al menos tres tipos diferentes de instrumentos de laboratorio.

• Cámaras climáticas y ambientales: Las cámaras climáticas y ambientales, que también permiten realizar pruebas climáticas a temperaturas muy elevadas, pueden incluso alcanzar temperaturas muy por debajo del punto de congelación. Sin embargo, son más adecuadas para pruebas climáticas autónomas, que no son la función principal de las cámaras de refrigeración, como veremos más adelante.

• Refrigeradores de laboratorio: Especializados en alcanzar y mantener temperaturas muy bajas, los refrigeradores de laboratorio cumplen la misma función que las cámaras frigoríficas y, a menudo, se utilizan como sinónimos.

• Cámaras frigoríficas de acceso directo: el único caso en el que se utiliza exclusivamente el término "cámara frigorífica" se refiere a aquellas camaras grandes, llamadas de acceso directo, que no son comparables a un refrigerador de laboratorio. 

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Tipos de sistemas de refrigeración

Las cámaras de refrigeración funcionan con dos sistemas principales de refrigeración: refrigerantes desechables y sistemas de refrigeración mecánica. Analicémoslos en detalle.

Los refrigerantes desechables, como su nombre indica, se utilizan una sola vez en el proceso de enfriamiento y posteriormente se desechan. Los refrigerantes de laboratorio más comunes son el hielo y el nitrógeno líquido. Se utilizan principalmente para pruebas puntuales donde el enfriamiento solo se requiere durante un período limitado o donde la facilidad de uso y la seguridad son primordiales.

Los sistemas de refrigeración mecánica, por otro lado, son más similares a los que se usan en los refrigeradores domésticos comunes. Son los más comunes. El ciclo termodinámico utiliza un refrigerante para extraer el calor de un ambiente y enfriarlo. Los componentes principales de un sistema de refrigeración mecánica incluyen el compresor, el condensador, el evaporador y el expansor. El refrigerante se comprime, se enfría, se evapora y luego se expande para crear el ciclo de enfriamiento.

Usos de las cámaras de enfriamiento

El uso principal de las cámaras frigoríficas es el almacenamiento de productos y materiales que deben mantenerse a temperaturas muy bajas.

Los tres sectores más afectados son: la alimentación, la farmacéutica y la investigación científica.

Las cámaras frigoríficas se utilizan principalmente en la industria alimentaria para almacenar una gran cantidad de productos, mientras que los refrigeradores de laboratorio, más prácticos y compactos, se utilizan en la industria farmacéutica los institutos de investigación científica.

La principal norma internacional que regula la materia es la ISO 23953 , que proporciona directrices sobre la clasificación, los requisitos y las condiciones de ensayo para los frigoríficos de sobremesa y los que no son de sobremesa utilizados con fines profesionales.

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Normas de referencia

• EN 378 (series 1-4) — Sistemas de refrigeración y bombas de calor — Requisitos de seguridad y medioambientales
• Norma ASHRAE 34 — Designación y clasificación de seguridad de refrigerantes
• ISO 817 — Refrigerantes — Designación y clasificación de seguridad
• Reglamento (UE) 517/2014 (F-Gas) — Gases fluorados de efecto invernadero
• Reglamento (UE) 2024/573 — Revisión de la reducción gradual de gases fluorados para los HFC
• IEC 60335-2-89 — Seguridad para aparatos de refrigeración comerciales

Fuentes autorizadas

• Comisión Europea — Reglamento sobre gases fluorados.
• ASHRAE — Sociedad Estadounidense de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado.
• AiCARR — Asociación Italiana de Aire Acondicionado, Calefacción y Refrigeración.

Preguntas frecuentes sobre sistemas de refrigeración

¿Qué gases refrigerantes se utilizan actualmente en las cámaras climáticas?

La eliminación gradual de la normativa F-Gas 2024/573 está eliminando los gases con alto PCA (Potencial de Calentamiento Global). Gases actuales: R-449A, R-452A (mezcla de HFC/HFO, PCA ~1400-1900, vigente); R-454C, R-455A (mezcla de HFO con bajo PCA ~150-250, nuevo estándar); propano R-290 (PCA 3, natural, inflamable, clase A3 2 ATEX); CO₂ R-744 (PCA 1, alta presión 80+ bar, para ultracongeladores y refrigeración comercial); etano R-170 y cascada R-508B para temperaturas muy bajas (-80 °C e inferiores).

¿Cómo se alcanzan los -80 °C en una cámara?

Con un sistema de cascada de dos etapas : la primera etapa utiliza R-449A/R-404A para enfriar a -40 °C, mientras que la segunda etapa utiliza R-508B (GWP 13 400 — salida) o R-170 (etano natural) para enfriar a -80 °C. Los sistemas modernos utilizan cascadas ecológicas de R-290/R-170 o R-744/R-170 . Se requieren tres etapas de cascada con R-14 (tetrafluorometano) o expansión Joule-Thomson con gas helio para -150 °C . Entre las alternativas emergentes se incluye un criorefrigerador Stirling sin refrigerante para -186 °C

Refrigeración directa frente a refrigeración indirecta: ¿Cuál debería elegir?

Directo: evaporador dentro de la cámara, máximo intercambio de calor, menor costo, pero riesgo de fugas de gas en la cámara y falta de uniformidad local. Indirecto (con glicol o salmuera): intercambiador externo + circuito de fluido de transferencia de calor dentro de la cámara, mayor uniformidad (±0,3 °C) y seguridad (sin refrigerante en el interior), costo +20-30 %. Para cámaras de estabilidad ICH y aplicaciones farmacéuticas, siempre se prefiere el sistema indirecto.

¿Cuáles son las comprobaciones obligatorias para las camaras refrigeradas con gases fluorados?

Para sistemas que contengan ≥5 toneladas de CO₂ equivalente (aproximadamente 1,3 kg de R-404A o 2,3 kg de R-134a): (1) Verificación anual de fugas por un técnico certificado en gases fluorados; (2) Registro de equipos con trazabilidad de cargas/recargas; (3) Recuperación obligatoria al final de la vida útil; (4) Instalador con certificación en gases fluorados según el Reglamento UE 517/2014. Si se superan las 500 t de CO₂eq, se requiere un sistema automático de detección de fugas.