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2.- Cálculo de cargas térmicas en refrigeración.

Caso práctico: frío de verdad

Seguramente habrás oído hablar de la  crioterapia y de la criogenia. Ambas palabras tienen que ver con el frío: kryos (frío) y geno (producir, generar)

La crioterapia utiliza nitrógeno líquido o gas argón para crear un frío intenso para congelar y destruir tejido enfermo, incluyendo las células cancerosas. Sin embargo, no está claro si la crioterapia de cuerpo entero tiene algún efecto sobre el dolor muscular, la recuperación después de un ejercicio intenso o como terapia para el alzheimer, la fibromialgia, las migrañas, la artritis reumatoide, la esclerosis múltiple, el estrés o la ansiedad, como algunos de sus promotores dicen. Este tratamiento de cuerpo entero implica exponer al individuo a aire seco extremadamente frío (por debajo de −100 ° C) durante dos a cuatro minutos. Para lograr las temperaturas bajo cero requeridas, normalmente se utiliza la evaporación de nitrógeno líquido. Pero no está claro si se producen efectos adversos.

Por otro lado, la hipótesis de la criogenización surgió en la década de los 60 del siglo pasado. La doctora Ettinger, profesora de Física en el Highland Park College de Detroit dijo que “La muerte, de momento, debe considerarse una enfermedad incurable”. Y acto seguido, anunció que un cuerpo podría permanecer sumergido a la temperatura de ebullición del nitrógeno líquido (-196 ºC) a la espera de que “la ciencia tenga armas para curar esa enfermedad sin tratamiento”.

El principio de la conservación a muy bajas temperaturas está basado en que, si a la temperatura de nuestro cuerpo una reacción biológica se produce en dos diezmilésimas de segundo, a la temperatura de ebullición del nitrógeno líquido esa misma reacción tarda más de dos millones de años. La idea despertó las ilusiones de miles de personas, hasta el punto de que algunas de ellas crearon sociedades criogénicas para conseguir que sus gobiernos autorizaran la posibilidad de congelar los cuerpos.

El nitrógeno se mantiene en ebullición, a 196°C bajo cero, en un compartimento separado del cuerpo, y al evaporarse, produce un enfriamiento constante de la cápsula a esa temperatura. Es como un frigorífico, pero con un ciclo abierto, en el que el nitrógeno líquido se evapora y se extrae expulsándolo a la atmósfera (la atmósfera tiene un 78 % de nitrógeno y es un gas inerte). Para ello, hay que suministrar líquido continuamente. Cada cápsula, en la que hay uno o dos pacientes, necesita alrededor de 20 litros de nitrógeno diariamente. Esta cantidad de fluido necesario tiene que ver con la carga térmica de refrigeración de este dispositivo. Es decir, ¿qué cantidad de calor penetra por conducción del exterior a 20 ºC? Pero, lógicamente, cuando se introduce un cuerpo a la temperatura ambiente, se necesitará evacuar más calor: el del propio cuerpo hasta dejarlo a ´-196 ºC y el que entra por conducción. De este tipo de cargas va a tratar este apartado.

El mayor problema reside en que la criogenización carece de una base científica, lo que impide que las personas puedan resucitar. Y, además ¿qué oscuro futuro le espera al resucitado sin su familia o amigos? Al final, esta parece ser la utopía de gente con cierto nivel económico a la que le cuesta creer que pueda morir. ¿Qué piensas tú de todo ello?

 Sala de criogenia. Departamento de Agricultura de EEUU

U.S. Department of Agriculture (Flickr) (Dominio público)






Es también conocida como terapia de frío, es el uso local o general de temperaturas bajas en terapia médica

La criogenia es el conjunto de técnicas utilizadas para enfriar un material a la temperatura de ebullición del nitrógeno o a temperaturas aún más bajas. La temperatura de ebullición del nitrógeno, es decir 77 K (-196 ºC) , se alcanza sumergiendo a una muestra en nitrógeno líquido

El nitrógeno líquido es nitrógeno puro en estado líquido a una temperatura igual o menor a su temperatura de ebullición, que es de −195,8 °C a una presión de una atmósfera. El nitrógeno líquido es incoloro e inodoro.

Los sistemas frigoríficos y las cámaras frigoríficas tienen un amplio espectro de uso. Especialmente las de ciclo cerrado y compresión, que estudiaremos posteriormente. Se utilizan con multitud de productos, tanto alimenticios como industriales. El rango de temperaturas también es muy grande, desde lo que se conoce como cámaras positivas, las que están por encima de cero grados, pasando por las negativas y las de muy baja temperatura.

Cuando se diseña o estudia el funcionamiento de una cámara frigorífica siempre se empieza por el estudio del producto y sus condiciones de conservación o congelación. Inmediatamente después se calcula su carga térmica, para la cual, debemos conocer todas las fuentes de calor que penetran en ella. Estas fuentes las podemos agrupar en:

1. Ganancias exteriores a través de sus cerramientos

  •  Por convección y conducción
  •  Por radiación solar
  •  Por ventilación e infiltraciones

2. Ganancias interiores del recinto

  •  Iluminación
  •  Ocupación
  •  Producto
  •  Equipos

Las ganancias de calor que entran o se generan en un local, se presentan en forma de calor sensible (variación de la temperatura) y/o en forma de calor latente (variación de humedad). Tradicionalmente, se calcula la carga térmica instantánea de refrigeración, es decir, la carga térmica a una hora determinada y en un mes determinado, generalmente en las condiciones globales más desfavorables. Por ejemplo, en la ciudad de Barcelona, el cálculo de la carga térmica instantánea de refrigeración suele darse en los meses de julio y agosto a las 15 h.

Los parámetros básicos que forman parte del cálculo de cargas en refrigeración industrial son:

  • Características de los productos y temperatura de almacenamiento. Condiciones higrotérmicas.
  • Condiciones climáticas de la zona.
  • Orientación del edificio (radiación solar y viento), edificios próximos (sombra), superficies reflectantes.
  • Dimensiones físicas de los cerramientos y materiales de construcción empleados. Características del edificio (color, espacios no ventilados, espacios no climatizados)
  • Puertas. Infiltraciones
  • Equipos eléctricos. Alumbrado. Motores, ventiladores y accesorios de trabajo que consumen energía.
  • Ventilación y renovación higiénica del aire.
  • Movimiento de operarios.
  • Funcionamiento (diurno, continuo, puntual).

Ejercicio Resuelto

Averiguar las condiciones interiores de diseño relacionadas con una cámara frigorífica que debe almacenar queso durante unas semanas.

Cámara frigorífica de conservación de quesos

pxHere. Cámara frigorífica con quesos (Dominio público)