La pregunta de qué es un chiller aparece ante casi cualquier persona que se ocupe del control de temperatura en una instalación industrial. En su definición más sencilla, un chiller es una unidad de refrigeración industrial que extrae el calor generado por un proceso o una máquina y lo aleja del entorno, proporcionando así agua enfriada (o una mezcla de agua y glicol) a la temperatura deseada. Este equipo, que constituye el corazón de las aplicaciones de enfriamiento industrial de agua y de enfriamiento de proceso, traslada el calor de un punto a otro gracias al ciclo de un refrigerante. En este artículo explicamos qué es un chiller, cómo se desarrolla el ciclo de refrigeración y cómo funciona un chiller a un nivel básico, en lenguaje de ingeniería pero de forma sencilla.
Qué es un chiller y para qué sirve
Un chiller es, en esencia, una máquina de refrigeración: recibe el agua caliente que llega del proceso, extrae el calor de esa agua mediante el ciclo del refrigerante y devuelve el agua enfriada de nuevo al proceso. El objetivo es lograr que las máquinas, los moldes o los productos funcionen a una temperatura estable y controlada. Cuando la temperatura no se mantiene bajo control, la calidad del producto disminuye, los tiempos de ciclo se alargan y la vida útil de los equipos se acorta.
La diferencia fundamental entre un chiller y una torre de refrigeración convencional es que el chiller, mediante un ciclo de refrigeración activo, puede bajar el agua por debajo de la temperatura ambiente. Por ello, en las aplicaciones de enfriamiento de proceso que requieren temperaturas precisas y repetibles, el chiller resulta con frecuencia imprescindible.
Cómo funciona un chiller: el ciclo de refrigeración
Para entender cómo funciona un chiller es necesario comprender el ciclo de refrigeración, es decir, cómo el refrigerante transporta el calor cambiando de estado de forma continua dentro de un circuito cerrado. El ciclo gira en torno a cuatro componentes principales que, de manera sucesiva, comprimen, condensan, expanden y evaporan el refrigerante:
- Compresor: comprime el refrigerante en estado gaseoso a baja presión, elevando su presión y su temperatura; es el componente que realmente pone en marcha el ciclo.
- Condensador: cede a el aire o al agua el calor del gas a alta temperatura, condensando el refrigerante hasta llevarlo al estado líquido.
- Válvula de expansión: reduce bruscamente la presión del refrigerante líquido y lo transforma en una mezcla fría, a baja presión y lista para evaporarse.
- Evaporador: el refrigerante frío absorbe el calor del agua del circuito de agua enfriada y se evapora; es el punto donde realmente se enfría el agua. A continuación, el vapor regresa al compresor y el ciclo vuelve a empezar.
Este ciclo cerrado de cuatro etapas se repite de forma ininterrumpida. El calor se transfiere en el evaporador del agua al refrigerante y, en el condensador, del refrigerante al entorno exterior (al aire o al agua del condensador). En los chillers industriales, el refrigerante que sustenta el ciclo es en la mayoría de los casos R407C y, en algunos modelos, R134a. La diferencia de presión entre la válvula de expansión y el compresor determina la dirección y la eficiencia de esta transferencia de calor.
El circuito de agua enfriada y el lado del proceso
Mientras que el ciclo de refrigeración concierne al refrigerante, en el lado de la instalación el verdadero trabajo lo realiza el circuito de agua enfriada. El agua enfriada en el evaporador se envía, con ayuda de una bomba, a los moldes, los intercambiadores de calor o las máquinas; allí absorbe el calor del proceso, regresa caliente al chiller y se vuelve a enfriar. En este circuito cerrado de agua, la diferencia entre las temperaturas de ida y de retorno del agua, es decir, el ΔT (delta-T), es la magnitud fundamental que indica cuánto calor transporta el sistema.
En las aplicaciones que requieren temperaturas bajas o que presentan riesgo de congelación, se añade al agua una determinada proporción de glicol; esto evita que el fluido se congele, aunque modifica en cierta medida su capacidad de transporte de calor. El diseño correcto del circuito de agua enfriada, junto con la selección del caudal de la bomba y del ΔT, es tan importante para un funcionamiento estable y eficiente del chiller como el propio ciclo de refrigeración.
Principales tipos de chiller
Los chillers se clasifican en unos cuantos grupos principales según el medio al que ceden el calor en el condensador y según su principio de funcionamiento. La familia de productos de Planer también abarca estos tipos básicos:
- Chiller enfriado por aire: expulsa el calor del condensador directamente al aire mediante ventiladores. No requiere torre de refrigeración; su instalación y su operación son relativamente sencillas.
- Chiller enfriado por agua: cede el calor del condensador al agua del condensador, que suele enfriarse a su vez con una torre de refrigeración. Es adecuado para instalaciones de alta capacidad y funcionamiento continuo.
- Enfriadores secos / Dry Cooler: enfrían el agua o la mezcla de agua y glicol únicamente con aire, sin un ciclo de refrigeración mecánico; en condiciones favorables de aire exterior constituyen una solución económica.
- Chiller híbrido: combina en un solo sistema el ciclo de refrigeración mecánico y el enfriamiento libre (free cooling); cuando el aire exterior es lo bastante fresco, reduce la carga del compresor y disminuye el consumo de energía.
En el enfoque híbrido, en condiciones de clima favorable y baja temperatura del aire exterior, el free cooling entra en funcionamiento y puede lograr un ahorro energético considerable a lo largo del año. Cuál es el tipo adecuado depende de la temperatura del proceso, de la capacidad y del clima en el que se ubica la instalación.
En qué sectores se utilizan los chillers
Se encuentran chillers en prácticamente todas las ramas industriales que tienen necesidad de enfriamiento de proceso. El punto común es la necesidad de alejar de forma controlada el calor generado por un proceso y de mantener la temperatura estable. Los ámbitos de uso más destacados son los siguientes:
- Plástico: enfriamiento de moldes y de productos en máquinas de inyección y extrusión, y reducción del tiempo de ciclo.
- Alimentación y bebidas: enfriamiento de proceso y de producto en las líneas de producción y envasado.
- Metal: enfriamiento de equipos en procesos de soldadura, fundición, mecanizado e inducción.
- Química: control de la temperatura de reacción y seguridad del proceso.
- Industria general: una amplia gama de aplicaciones como láser, impresión, dispositivos médicos y similares.
Comprender qué es un chiller y cómo se desarrolla el ciclo de refrigeración es el primer paso para elegir el sistema adecuado; el cálculo de capacidad y la comparación de tipos son, en cambio, temas aparte. Para determinar la solución de chiller más apropiada para su aplicación y diseñar correctamente su circuito de agua enfriada, puede ponerse en contacto con el equipo de ingeniería de Planer y solicitar una evaluación según sus necesidades.