Válvula de equilibrio en cámaras de congelación

Cierras la puerta de la congeladora, das media vuelta, vuelves al minuto a por algo y la puerta no abre. Tiras más fuerte y se despega de golpe, con un soplido. No es la junta pegada por el hielo ni el cierre: es la cámara tirando de la puerta hacia dentro, y la pieza que debería evitarlo es la válvula equilibradora.

Aquí tienes de dónde sale esa fuerza, cuánta es, cómo se calcula la válvula con la fórmula del Reglamento de Seguridad para Instalaciones Frigoríficas (RSIF) y qué ofrecen los fabricantes. La relación entre esta válvula y el ciclo de desescarche, con la tabla completa del punto 1.6 de la IF-11, está en el desescarche de la cámara frigorífica.

¿Por qué la puerta no abre después de cerrarla?

Mientras la puerta está abierta, entra aire del pasillo. Cuando la cierras, ese aire queda encerrado y el evaporador lo enfría. Un gas que se enfría en un volumen fijo pierde presión en proporción a su temperatura absoluta: a −20 °C, 253 K, cada grado que baja son 1/253 de la presión atmosférica, unos 400 Pa. Fermod da la misma cifra en su documentación: un grado arriba o abajo crea «environ 40 mm de colonne d'eau», unos 400 Pa (pág. 2 del PDF).

El RSIF no admite más de 300 Pa de depresión ni de sobrepresión dentro de la cámara (IF-11, punto 1.6). Es decir, una cámara de congelación cerrada y estanca se pasa del límite con un solo grado. Una cámara de paneles bien sellada es justo eso, estanca: por eso la cámara montada como toca es la que más lo sufre.

Lo que eso pesa sobre la puerta, con el hueco de luz de 1.850 x 800 mm de las cámaras modulares de Coreco (tarifa de Intarcon, pág. 215 del PDF), que son 1,48 m²:

La fuerza en la manilla es la mitad porque la presión se reparte por toda la hoja y la puerta gira sobre las bisagras: la resultante cae en el centro y tú tiras desde el borde. Y eso es sin contar la junta ni el cierre. Fermod pone el ejemplo en el techo: 40 mm de columna de agua sobre un techo de 100 m² son 4 toneladas uniformemente repartidas (pág. 2).

Al revés pasa lo mismo. El desescarche, el género que entra templado o la puerta abierta mucho rato calientan el aire y lo ponen en sobrepresión: la puerta se abre sola o las juntas de techo trabajan hacia fuera. El RSIF pone los desescarches los primeros de la lista de causas.

¿Qué pide el RSIF a la válvula?

El punto 1.6 de la IF-11, en cinco ideas:

• Obligatoria por encima de 20 m³, con «una o varias válvulas equilibradoras de presión, cuya selección se deberá justificar».
• Límite de 300 Pa (30 mm c.d.a.) de sobrepresión o depresión interna.
• Que empiece a actuar antes de 100 Pa de diferencia entre dentro y fuera.
• En baja temperatura, con calefacción: el sistema mecánico incorporará «un dispositivo de calentamiento que evite su obstrucción o bloqueo por hielo». Si es hidráulica de nivel de agua, el agua lleva anticongelante.
• Mantenimiento: se verifica periódicamente que no tiene hielo ni escarcha.

La palabra que pesa es «justificar»: no vale una válvula porque sí, hay que poder enseñar el cálculo.

¿Cómo se calcula el caudal de la válvula?

El RSIF da la fórmula:

Q = k × V × Te × (dT/dt) / Ti²

Lo difícil es dT/dt. El reglamento dice cómo sacarlo: al evaporador se le restan el calor de los motores de los ventiladores y las pérdidas por transmisión, y la potencia que queda se divide por el volumen, la densidad del aire y su calor específico. El caso más desfavorable es la cámara vacía bajando a régimen, y avisa de que la depresión máxima puede llegar justo cuando, ya a temperatura, arrancan los ventiladores con la puerta cerrada. A falta de indicaciones del contrato, admite entre 0,0011 K/s, un grado cada 15 minutos, y 0,10 K/s, seis grados por minuto.

Un ejemplo: una cámara de 40 m³ a −20 °C, con el pasillo a 25 °C, y 3 kW de evaporador libres después de restar ventiladores y transmisión. El aire a −20 °C pesa unos 1,39 kg/m³ y su calor específico es de 1,005 kJ/kg·K:

• dT/dt = 3 / (40 × 1,39 × 1,005) = 0,054 K/s, unos 3,2 °C por minuto.
• Q = 1 × 40 × 298 × 0,054 / 253² = 0,0100 m³/s, unos 600 l/min o 36 m³/h.

Con los extremos que da el RSIF para la misma cámara, el resultado va de 12 l/min a 0,0011 K/s a 1.117 l/min a 0,10 K/s. Noventa veces de diferencia: por eso el cálculo se hace con el evaporador que se monta, no con el volumen.

Los fabricantes simplifican la fórmula, y no todos igual. Para la misma cámara:

La fórmula de Escoda da un 21 % menos que la del reglamento en este caso. Si la justificación es la del RSIF, el caudal que hay que cubrir es el de la IF-11.

¿Qué válvula y cuántas?

El RSIF pide comparar el caudal calculado con el caudal nominal de la válvula a 300 Pa. Estas son las tablas de dos fabricantes:

300 Pa son unos 30,6 mm c.d.a., y la tabla de Escoda salta de 25 a 33 mm: léela en 25, que es la cifra más baja. Para los 600 l/min del ejemplo, una Elebar BT da 898 l/min a 25 mm y basta con una; una Minielebar no llega. Con Fermod, la fórmula de la 2220 pide tres.

Las fórmulas de Fermod salen de la NF DTU 45.1 francesa para 200 Pa, y la de 300 Pa la da el fabricante «à titre indicatif», a título orientativo. Y el propio RSIF advierte que su cálculo «tendrá sólo carácter orientativo»: hay que contar también con la presión de los ventiladores, cuánto tiempo se abre la puerta y la secuencia de desescarches.

Montaje: dónde, con qué y cómo se mantiene

• Lejos del evaporador. Bromic, en su manual de cámaras modulares: no se monta cerca de la batería, porque aspira aire de fuera y la escarcha (pág. 15 del PDF).
• En un panel del espesor que admite. Cada modelo trabaja en un rango; si el panel es más grueso, hay tubo de prolongación (la 2220 llega a 200 mm con el tubo opcional de 150 mm, pág. 6 de Fermod) o hay que cambiar de modelo.
• Estanca contra el panel. Fermod la monta así «to avoid ice formation between the valve and the wall» (pág. 9): la junta que sopla aire húmedo se convierte en hielo.
• Con la resistencia cableada fuera de la cámara, sin depender del compresor ni del desescarche. En las cámaras de Coreco, la válvula viene de serie en las de panel de 100 mm (págs. 215 y 237 de la tarifa de Intarcon); en las de 80 mm no está en la lista de accesorios incluidos.
• Con los evaporadores escalonados. El RSIF pide determinar «la secuencia de puesta en servicio de evaporadores, ventiladores y tiempos de reposo después de desescarches», porque de eso depende, «aún con un número adecuado de válvulas equilibradoras», que funcione sin problemas. El remate del reglamento: para evitar las sobrepresiones al final del desescarche, «el único medio eficaz» es una puesta en servicio de los evaporadores «cuidadosamente estudiada y probada».
• Revisada periódicamente, como pide el reglamento: «el buen estado y el buen funcionamiento del sistema de equilibrado así como la ausencia de hielo o de escarcha en el mismo».

Diagnóstico rápido: síntoma, causa y qué mirar

Los paneles, las puertas y sus accesorios están en paneles de cámara. Antes de pedir la válvula, ten a mano el volumen, la temperatura de régimen y la potencia del evaporador: es lo que te va a pedir la fórmula, y lo que te pedirá cualquiera que revise la justificación.