¿Cómo afecta la altitud al rendimiento de las cámaras frigoríficas?

Linble
junio 7, 2025

La altitud desempeña un papel fundamental en el diseño y el funcionamiento de las cámaras frigoríficas. A medida que aumenta la altitud, la presión atmosférica disminuye, lo que altera el comportamiento termodinámico tanto del aire como de los refrigerantes. Si no se tienen en cuenta estos cambios, pueden producirse una reducción de la capacidad de refrigeración, un uso ineficiente de la energía y un control deficiente de la temperatura.

En este artículo, exploramos los mecanismos por los que la altitud afecta al rendimiento de las cámaras frigoríficas, destacamos las consideraciones de diseño y los ajustes operativos.

1. Conceptos básicos sobre la presión atmosférica y la refrigeración

1.1. Variación de la presión atmosférica

Nivel del mar: A nivel del mar (0 m), la presión atmosférica estándar es de aproximadamente 101,3 kPa (14,7 psi).
Efecto de la altitud: Por cada 1000 m de aumento de la altitud, la presión atmosférica desciende aproximadamente entre 11 y 12 kPa. Por ejemplo:
- 1000 m: ~89,9 kPa
- 2000 m: ~79,5 kPa
- 3000 m: ~70,1 kPa

Esta reducción de la presión tiene consecuencias directas tanto en el ciclo del refrigerante como en el rendimiento del condensador/evaporador.

1.2. Descripción general del ciclo de refrigeración

Evaporador: absorbe el calor de la cámara fría mediante la evaporación del refrigerante líquido a baja presión.
Compresor: aumenta la presión y la temperatura del refrigerante, preparándolo para la condensación.
Condensador: rechaza el calor al aire ambiente (o al agua), condensando el refrigerante de nuevo en forma líquida.
Dispositivo de expansión: reduce la presión y la temperatura del refrigerante antes de que entre en el evaporador.

A mayor altitud, la menor presión ambiental altera tanto el punto de ebullición del refrigerante como la capacidad del condensador para rechazar el calor.

2. Efectos termodinámicos de la altitud

2.1. Temperaturas de ebullición y condensación más bajas

Depresión del punto de ebullición: La reducción de la presión atmosférica disminuye el punto de ebullición de los líquidos, incluidos los refrigerantes. Para una presión dada, el refrigerante hierve (se evapora) a una temperatura más baja que a nivel del mar.
Saturación del refrigerante: En el condensador, la presión de saturación del refrigerante está ligada a la presión ambiental. Una presión ambiental más baja significa que el refrigerante se condensa a una temperatura de saturación más baja para la misma presión.

Implicaciones

Reducción de la elevación de temperatura: La diferencia de temperatura («elevación») entre el evaporador (cámara fría) y el condensador (ambiente) puede aumentar o disminuir dependiendo del diseño del sistema. Un aumento menor puede reducir el trabajo del compresor; un aumento mayor lo incrementa.
Ajustes de subenfriamiento y sobrecalentamiento: Los ajustes de control para el subenfriamiento (refrigerante líquido por debajo de la saturación) y el sobrecalentamiento (refrigerante en estado gaseoso por encima de la saturación) deben recalibrarse en altitud para evitar el arrastre de líquido o la inundación del compresor.

2.2. Densidad del aire y transferencia de calor

Reducción de la densidad del aire: A 2000 m, la densidad del aire es aproximadamente el 80 % de la que hay al nivel del mar. La reducción de la densidad del aire da lugar a que haya menos moléculas disponibles para transferir calor en las bobinas del condensador y del evaporador.
Coeficiente de transferencia de calor: Con un aire menos denso, el rendimiento de la transferencia de calor por convección se deteriora. Los ventiladores y las bobinas deben trabajar más o redimensionarse para alcanzar las mismas tasas de rechazo/absorción de calor.

3. Impacto en los componentes de la cámara fría

3.1. Compresores

Reducción del caudal másico: una presión más baja en el lado de succión provoca una reducción del caudal másico de vapor refrigerante que entra en el compresor. Esto puede disminuir la capacidad de refrigeración.
Aumento de la presión de descarga: en algunos casos, el compresor puede alcanzar temperaturas de descarga más altas cuando se condensa a una presión más baja, lo que afecta a la viscosidad del lubricante y a la longevidad de los componentes.

Consejo operativo: Algunos fabricantes de compresores ofrecen kits para altitudes elevadas (por ejemplo, válvulas modificadas o relaciones de compresión más bajas) para mantener la capacidad a altitudes superiores a 1500 m.

3.2. Condensadores

Condensadores refrigerados por aire:

Rendimiento del ventilador: Los ventiladores generan menos flujo de aire en aire más fino. Como resultado, es posible que las bobinas del condensador no rechacen el calor de manera eficiente, lo que provoca presiones de condensación más altas si no se ajustan correctamente.
Dimensionamiento de las bobinas: A mayor altitud, suele ser necesario aumentar la superficie de las bobinas o la capacidad de los ventiladores.

Condensadores refrigerados por agua:

Eficiencia del intercambio de calor: Aunque los sistemas refrigerados por agua son menos sensibles a los cambios de densidad del aire, las torres de enfriamiento por evaporación o las unidades de rechazo de calor siguen dependiendo del aire ambiente, por lo que puede ser necesario realizar ajustes a altitudes muy elevadas.

3.3. Evaporadores

Comportamiento de la escarcha: Con una presión y humedad ambientales más bajas, la velocidad y la distribución de la escarcha en las bobinas del evaporador pueden cambiar. En algunas regiones secas y de gran altitud, la escarcha puede formarse más lentamente, pero puede derretirse y formar manchas húmedas localizadas, lo que afecta a los ciclos de descongelación.
Consideraciones sobre el flujo de aire: Los ventiladores de los evaporadores experimentan reducciones similares en el flujo de aire en atmósferas enrarecidas, lo que puede provocar un enfriamiento desigual o una estratificación si no se aumenta la velocidad de los ventiladores o se ajusta el paso de las aspas.

3.4. Controles y carga de refrigerante

Ajustes del presostato: Tanto los interruptores de alta presión como los de baja presión deben recalibrarse para adaptarse a la reducción de las presiones de succión y descarga.
Calibración del termostato: Los termostatos y los sensores basados en la presión deben comprobarse con instrumentos de referencia calibrados, ya que sus lecturas pueden verse alteradas por la presión más baja.
Carga de refrigerante: En algunos casos, una carga de refrigerante ligeramente reducida ayuda a mantener una cobertura adecuada del evaporador y reduce el riesgo de retorno inundado al compresor. Sin embargo, esto debe equilibrarse con los requisitos de capacidad.

4. Ajustes de diseño e ingeniería

4.1. Dimensionamiento del sistema

Factores de corrección de la capacidad: Muchos fabricantes de equipos proporcionan tablas de corrección. Por ejemplo, a 2000 m, una unidad compresora con una potencia nominal de 100 kW al nivel del mar solo puede suministrar ~85 kW. Los diseñadores especifican un sobredimensionamiento o seleccionan equipos con una capacidad nominal mayor.
Dimensionamiento del condensador: Aumente la superficie frontal de los condensadores refrigerados por aire en un 10-15 % por cada 1000 m por encima de los 1500 m de altitud, o cambie a sistemas de doble ventilador para compensar la menor densidad del aire.
Selección del motor del ventilador: Utilice motores con una potencia nominal más alta a un par más bajo para mantener el flujo de aire en atmósferas más enrarecidas. Los variadores de frecuencia (VFD) pueden ayudar a ajustar con precisión el rendimiento del ventilador.

4.2. Aislamiento y envolvente del edificio

Valores R de aislamiento: Aunque la altitud en sí misma no afecta directamente a las propiedades de aislamiento, las temperaturas ambientales más frías a gran altura suelen requerir valores R más altos para evitar la formación de escarcha o la infiltración térmica excesiva.
Sellado hermético: La reducción de la densidad del aire puede agravar la infiltración; selle meticulosamente todas las rendijas para mantener el aire frío dentro y el aire húmedo del exterior fuera, especialmente en regiones con importantes oscilaciones de temperatura diurnas.

4.3. Sistemas de descongelación

Programación de la descongelación: El aire más fino suele contener menos humedad, lo que puede reducir las tasas de acumulación de escarcha. Los ciclos de descongelación programables pueden alargarse o desplazarse a períodos de menor consumo para ahorrar energía.
Descongelación por gas caliente: En altitudes muy elevadas, donde las bobinas de descongelación eléctrica tienen una transferencia de calor reducida, los sistemas de descongelación por gas caliente proporcionan una descongelación más fiable.

4.4. Selección del refrigerante

Refrigerantes de baja presión: Algunos refrigerantes funcionan de forma más predecible a grandes altitudes. Por ejemplo, el R-404A o sus alternativas de bajo PCA (como el R-448A o el R-449A) mantienen un rendimiento bastante constante hasta temperaturas de evaporación de 0 °C.
Consideraciones sobre el punto crítico: A altitudes muy elevadas (por encima de ~3000 m), el punto crítico de ciertos refrigerantes se aproxima a las temperaturas de condensación ambientales, lo que puede reducir los márgenes de subenfriamiento. En estos casos, pueden ser preferibles los refrigerantes con presiones críticas más altas (por ejemplo, el R-410A) si el diseño lo permite.

5. Caso práctico: cámara fría a 2500 m de altitud

5.1. Condiciones de referencia

Ubicación: pueblo de montaña a 2500 m (≈8200 pies).
Ambiente típico: 15 °C de media en verano, 5 °C de media en invierno. Humedad ~40 %.
Temperatura objetivo de la cámara fría: –18 °C para el almacenamiento de productos congelados.

5.2. Selección del equipo

Compresor: Se seleccionó un modelo con una capacidad nominal de 120 kW al nivel del mar, que proporciona aproximadamente 100 kW a 2500 m (factor de corrección ≈0,83).
Condensador: Refrigerado por aire, con una superficie de serpentín un 20 % mayor que la equivalente al nivel del mar, ventiladores secuenciales dobles y variadores de frecuencia para un control preciso del flujo de aire.
Evaporador: serpentín estándar, pero con un caudal de aire un 10 % mayor (utilizando ventiladores EC con más RPM) para compensar la menor densidad del aire.
Refrigerante: R-448A, elegido por su rendimiento estable cerca de la temperatura crítica a altitudes moderadamente elevadas.

5.3. Control y puesta en marcha

Pressostatos: calibrados con un manómetro de referencia; corte de alta presión ajustado a 30 bar, corte de baja presión a 2,3 bar (en lugar de 33 bar y 2,6 bar al nivel del mar, respectivamente).
Termostatos: sensores de temperatura electrónicos instalados a varias alturas dentro de la sala para detectar la estratificación.
Descongelación: ciclo de descongelación por gas caliente programado cada 48 horas, ampliado en un 30 % en comparación con la recomendación a nivel del mar, debido a la formación más lenta de escarcha.

5.4. Resultados de rendimiento

Capacidad de refrigeración: se alcanzó una temperatura de -18 °C en 4 horas tras el arranque a plena carga, comparable al valor de referencia a nivel del mar de -18 °C en 3,5 horas (ligeramente más largo debido a la reducción de la capacidad).
Consumo de energía: El consumo eléctrico aumentó en un 12 % debido al mayor tamaño de los ventiladores y al mayor tiempo de funcionamiento de los compresores. Sin embargo, el consumo se mantuvo dentro de los presupuestos operativos aceptables.
Estabilidad de la temperatura: Variaciones de ±0,5 °C, lo que indica un control satisfactorio a pesar de las limitaciones de la altitud.

7. Resumen de los ajustes clave según la altitud

Rango de elevación	Reducción de presión	Corrección del compresor	Ajuste del condensador	Cambios en ventiladores/serpentines
Nivel del mar (0 – 500 m)	0–6 kPa	Ninguno	Estándar	Estándar
Moderado (500 – 1500 m)	6–17 kPa	Caída de capacidad del 5-10 %	+5–10 % del área de la bobina o ventiladores VFD	+5–10 % de velocidad del ventilador
Alta (1.500 – 3.000 m)	17–31 kPa	Caída de capacidad del 10-20 %	+10-20 % de superficie de bobina, ventiladores duales	+10-15 % de velocidad del ventilador, ventiladores EC con mayor número de revoluciones por minuto
Muy alto (> 3000 m)	>31 kPa	>20 % de caída de la capacidad	+20-30 % de superficie de bobina, kit especializado	Velocidad variable para compensar el aire enrarecido, posibilidad de asistencia por aire canalizado.