SISTEMA MULTITEMPERATURA
Resumen Ejecutivo
El sistema Turbopack, desarrollado por Frigopack, representa una solución de refrigeración industrial compacta y de alta eficiencia, basada en una arquitectura en cascada CO₂ subcrítico / R-1234ze o R-290 (propano).
Diseñado para responder a los retos energéticos y normativos de la refrigeración comercial en climas cálidos, Turbopack integra tecnologías avanzadas orientadas a la máxima eficiencia energética, la fiabilidad operativa y la sostenibilidad ambiental.
Tecnologías clave incorporadas:
Turbocompresores sin aceite, con rodamientos de gas, de alta eficiencia isentrópica y mantenimiento mínimo.
Evaporadores alimentados por gravedad o por bomba para la climatización positiva.
Condensador adiabático de alto rendimiento para condiciones de alta temperatura exterior.
Recuperación de calor opcional, adaptable a diferentes usos térmicos.
Almacenamiento térmico modular, diseñado para acumular energía de recuperación en forma de hielo.
Control digital avanzado, con posibilidad de optimización mediante inteligencia artificial.
Módulo booster en dos o tres etapas, con desrecalentador intermedio y condensador subcrítico cuando es necesario.
Posibilidad de configuración mediante unidades condensadoras en cascada distribuidas.
Gracias a esta arquitectura, se evita la operación transcrítica característica de los sistemas con CO₂, manteniendo siempre presiones de descarga bajas. Esto permite alcanzar un COP medio anual líder, y una reducción significativa del consumo energético respecto a las soluciones booster transcríticas optimizadas en entornos cálidos.
Además, el sistema ofrece un rendimiento equivalente en climas fríos, gracias a una arquitectura adaptable y versátil, capaz de ajustarse a las condiciones ambientales y demandas térmicas mediante una lógica de control modular y flexible.
El sistema es modular y escalable desde 100 hasta 2.000 kW frigoríficos, y está concebido para su integración en supermercados, hoteles, industrias alimentarias y plataformas logísticas. Su diseño compacto permite la instalación sobre cubierta o en sala técnica, con un impacto mínimo sobre la infraestructura existente.
Descripción Técnica del Sistema
El sistema Turbopack se estructura como una solución frigorífica en cascada dividida en dos niveles térmicos principales:
Etapa de alta temperatura (AT): circuito de R‑1234ze que actúa como condensador‑chiller del booster CO₂, manteniendo el CO₂ entre +5 °C y +10 °C; puede trabajar de forma autónoma cuando se requiere sólo media/alta temperatura.
Etapa de baja temperatura (BT): operando con CO₂ subcrítico, diseñada de forma configurable para adaptarse a la demanda específica de refrigeración negativa.
Compresión
Cada etapa cuenta con sus propios compresores:
En AT, se utilizan turbocompresores sin aceite con rodamientos de gas, de alta tecnología, eficiencia isentrópica elevada y velocidad variable. Disponen de inyección intermedia y pueden instalarse en configuración simple o redundante, según los requisitos de seguridad o criticidad de la aplicación.
En BT, hasta que no salgan al mercado turbocompresores para R744, se emplean compresores alternativos semiherméticos o scrolls, en configuración booster de dos o tres etapas. El sistema está diseñado para cubrir rangos de temperatura entre -50 °C y -5 °C, optimizando el COP mediante etapas diferenciadas de compresión.
En la etapa de alta temperatura, el uso de variadores de frecuencia está integrado. En la etapa de baja, se pueden instalar también para mejorar el rendimiento en cargas parciales.
Intercambiador de cascada
La conexión entre ambas etapas se realiza mediante un intercambiador inundado, con control de nivel electrónico. Su diseño permite una transferencia térmica eficiente con mínima diferencia de temperatura, lo que reduce la irreversibilidad del ciclo y mejora el rendimiento global.
Condensación y disipación
La etapa de alta temperatura condensa el refrigerante mediante un condensador adiabático de alto rendimiento, diseñado para trabajar con temperaturas exteriores de hasta 45 °C sin comprometer el rendimiento.
Modo invierno / subcrítico: Cuando la temperatura exterior desciende por debajo de 10 °C, la etapa AT se apaga completamente. El desrecalentador pasa entonces a funcionar como condensador subcrítico del CO₂, manteniendo la presión de descarga por debajo de 50 bar y la temperatura de condensación en el rango 5‑8 °C sin necesidad de gas‑cooler. Este modo maximiza el COP estacional y prolonga la vida útil de los compresores.
El condensador, además, puede comportarse como un desrecalentador de gases calientes cuando sea necesario.
Climatización y Refrigeración
El sistema puede incorporar un climatizador integrado como módulo funcional dentro del Turbopack. Puede ser alimentado por CO₂ o por R-1234ze, dependiendo de la configuración. Permite climatizar directamente espacios comerciales o industriales sin necesidad de unidades exteriores adicionales. Esta integración modular mejora la compacidad del conjunto y permite su instalación tanto en cubierta como en entornos industriales, facilitando el despliegue de soluciones llave en mano.
Desde el depósito de líquido de CO₂ integrado en la unidad, se alimentan los servicios de climatización si están a distancia, ya sea por gravedad o mediante bomba, y los servicios de refrigeración mediante evaporadores de expansión directa.
Esta integración permite reducir la potencia contratada y reemplazar equipos de climatización convencionales, aprovechando al máximo la lógica de control centralizada.
En el sistema Turbopack Clima LP se bombea directamente y sin aceite el refrigerante de los climatizadores.
Almacenamiento térmico con hielo
El Turbopack puede incorporar un banco de hielo que se carga durante la noche aprovechando el booster de CO₂ a -5 °C, cuando el COP es más alto y la electricidad más barata. El frío latente almacenado se utiliza de día para subenfriar el líquido y permite desplazar consumo eléctrico fuera de las horas pico, reduciendo la potencia contratada.
Ventajas de emplear hielo en lugar de PCM:
Economía y simplicidad: se emplea solo agua como fluido de almacenamiento: barata, segura, fácilmente disponible y plenamente ecológica.
Mayor eficiencia energética: un salto térmico de solo 5–10 K entre el hielo y el CO₂ minimiza pérdidas y eleva el COP estacional.
Flexibilidad modular: el banco puede integrarse en el equipo o instalarse en sala técnica, ampliándose por etapas según la demanda.
Con este almacenamiento el Turbopack reduce arranques de la etapa AT, mejora el balance energético anual y aporta una solución más sostenible y robusta que los sistemas transcríticos.
Funcionalidades completas del banco de hielo en Turbopack
El banco de hielo es un componente estratégico y multifuncional que opera de forma inteligente según la franja horaria, el precio de la energía, la demanda térmica y las contingencias operativas.
Carga nocturna (00:00 – 08:00)
Acción: produce hielo con CO₂ a -5 °C, aprovechando la tarifa nocturna y un COP alto
Condiciones óptimas: Tª exterior < 25 °C y demanda térmica < 30 % de la capacidad.
Beneficios: coste energético 40‑60 % inferior y menor estrés térmico de los compresores.
Descarga diurna (08:00 – 00:00)
Accion: Derrite hielo con CO2 a 10ºC mejorando en un +10% la capacidad frigorífica del sistema.
Beneficios: reduce la carga en la unidad AT entre 10-20% y evita picos de consumo
Gestión de demanda eléctrica
Descarga prioritaria en horas punta (10:00‑14:00, 18:00‑22:00).
Reduce potencia pico en aproximadamente un 15%.
Backup de emergencia
Autonomía 2‑4 h en LT y 6‑8 h en MT ante fallo de la etapa AT o corte eléctrico.
Especificaciones clave
Beneficios consolidables
Económicos: payback 2‑3 años; 25‑35 % en factura.
Técnicos: +12 % COP estacional; 15 % arranques; +20 % vida útil.
Operativos: estabilidad ±0.3 °C; 30 % mantenimiento; autonomía en cortes.
Sostenibilidad:uso de agua (GWP = 0).
Con estas funcionalidades, el banco de hielo del Turbopack evoluciona de un simple almacén térmico a un gestor energético integral, maximizando ahorro y resiliencia.
Escalabilidad y combinación de módulos
• Núcleo turbocompresor de 45 kg 200 kW; se agrupan hasta 4 unidades por cabezal (1000 kW).
• Booster CO₂ se amplía con bastidores de 4, o 6 compresores según la carga requerida.
• Banco de hielo: 0,1–0,25 kWh por kW frigorífico diario (facilita tarifas nocturnas y picos).
Sustitución de chillers y sistemas transcríticos
• Reemplazo de chillers tradicionales: el Turbopack proporciona R-1234ze entre -5 y +10ºC, eliminando compresores de tornillo con aceite y torres evaporativas.
• Upgrade de racks transcríticos: la cabeza Turbopack “simula un clima frío” y mantiene el CO₂ subcrítico todo el año, eliminando gas‑cooler, eyectores y reduciendo la presión de descarga de > 90 bar a < 50 bar.
Sinergias tecnológicas
• Turboexpansores CO₂ (roadmap 2026): recuperación de 5‑8 % de energía y subenfriamiento adicional.
• Solar térmico / fotovoltaico: integración directa con el banco de hielo híbrido para maximizar autoconsumo.
• Hidrógeno verde: calor residual de la etapa AT alimenta reformadores o pilas de combustible.
Beneficio estratégico para el cliente
• Eficiencia máxima en cualquier punto: desde climatización parcial a carga pico en túnel de congelación.
• Protección de la inversión: módulos reutilizables al crecer la instalación o reubicar equipos.
• Cumplimiento normativo garantizado: uso de refrigerantes con GWP 1 (R‑744, R‑1234ze) o 3 (R‑290) y presiones moderadas.
Con esta gama, el Turbopack pasa de ser “una central más” a convertirse en una plataforma universal para climatización y refrigeración de alta eficiencia, capaz de abordar desde tiendas de conveniencia hasta grandes complejos logísticos, siempre con la máxima sostenibilidad y el coste total de propiedad más bajo.
Innovaciones incorporadas
El Turbopack reúne un conjunto de avances tecnológicos que, combinados, aportan un salto cualitativo respecto a las centrales transcríticas tradicionales.
Comparativa de eficiencia y costes frente a booster transcrítico optimizado
Metodología de simulación (preliminar)
Escenarios evaluados
Turbopack base (sin banco de hielo)
Turbopack + banco de hielo 300 kWh
Booster TC optimizado (gas‑cooler adiabático + eyectores)
Resultados de la simulación comparativa (Barcelona TRY)
Conclusiones principales
Eficiencia instantánea superior: +53 % en congelación, +51 % en refrigeración y +47 % en climatización frente al booster transcrítico.
SEPR anual +39 % respecto a la solución transcrítica optimizada.
Potencia pico 28 % menor, lo que facilita reducir la potencia contratada y la infraestructura eléctrica.
Ahorro energético anual del 35 % y pay‑back del banco de hielo de 2,7 años en tarifas con discriminación horaria.
Presiones moderadas (< 80 bar) eliminan el sobreesfuerzo mecánico (> 100 bar en transcrítico) y simplifican la normativa.
Menor complejidad mecánica: sin eyectores ni gas‑coolers de acero; turbocompresores sin aceite reducen mantenimiento.
Almacenamiento térmico con agua/hielo: +30 % de eficiencia adicional y mitad de coste frente a PCM.
Climatización integrada: +40 % de eficiencia frente a circuito separado convencional.
Refrigerantes de ultra‑bajo GWP alineados con las futuras revisiones F‑Gas.
Estos resultados confirman que el Turbopack ofrece una ventaja competitiva clara en eficiencia, estabilidad operativa, sostenibilidad y coste total de propiedad.
Impacto de la calefacción integrada y recuperación de calor
La simulación se amplió incorporando la demanda de calefacción del local (interior 19 °C) y los sistemas de recuperación de calor disponibles en cada arquitectura.
Ajustes de modelo
Recuperación de calor (Turbopack): calor del desrecalentador en la etapa AT.
Recuperación de calor (TC): calor del gas‑cooler.
Hasta el 85 % del calor residual se reaprovecha para calefacción.
Coeficiente global de transmisión térmica del supermercado: U = 9 kW/°C.
Resultados a 5 °C exteriores (19 °C interior)
SEPR anual con calefacción incluida
Conclusión ampliada: El Turbopack mantiene su ventaja incluso en climas fríos donde la calefacción es prioritaria: SEPR 4.25 frente a 3.05 del transcrítico, mayor estabilidad térmica y menor complejidad gracias a la recuperación de calor directa y al almacenamiento con agua/hielo.
Aplicación retrofit: sustitución del gas‑cooler por la cabeza de cascada Turbopack
Además de las instalaciones nuevas, la cabeza de cascada del Turbopack (turbocompresores oil‑free + intercambiador de placas + microcanal) puede emplearse como módulo de mejora en sistemas CO₂ transcríticos existentes que presenten baja eficiencia en climas cálidos.
Principio de actuación: la cabeza de cascada se conecta en lugar del gas‑cooler. El CO₂ del rack transcrítico se condensa en el intercambiador de placas de la cabeza Turbopack, que lo mantiene de forma subcrítica (5‑10 °C) durante todo el año.
Efecto térmico: el módulo “simula un clima frío constante” para el rack de CO₂, reduciendo la presión de descarga de > 90 bar a < 50 bar, con el consiguiente aumento de COP y alivio mecánico de los compresores.
Beneficios inmediatos:
Ahorro energético 20‑30 % en verano al evitar el régimen transcrítico.
Eliminación del gas‑cooler de acero y su ventilación de alta potencia.
Reducción de ruidos y calor rechazado en cubierta.
Menor desgaste y frecuencia de mantenimiento (compresores funcionan a menor presión).
Este enfoque permite recuperar y modernizar supermercados o plataformas logísticas que operan con CO₂ transcrítico en zonas cálidas, sin necesidad de sustituir por completo la central frigorífica. De este modo, el Turbopack amplía su campo de aplicación desde nuevas instalaciones hasta mejoras retrofit de instalaciones existentes, reforzando su versatilidad y valor añadido.
Sostenibilidad y cumplimiento normativo
La arquitectura del Turbopack está concebida para minimizar la huella ambiental durante todo el ciclo de vida—fabricación, operación y fin de vida—y para anticiparse a los requisitos de la próxima revisión del Reglamento F‑Gas.
Refrigerantes de ultra‑bajo GWP
• R‑1234ze (GWP < 1) en la etapa AT garantiza el cumplimiento de cualquier futuro límite regulatorio europeo.
• El booster CO₂ emplea un refrigerante natural (GWP = 1).
• Se están desarrollando turbocompresores oil‑free para R‑290 (propano) y R-744, lo que permitirá extender la solución a aplicaciones industriales.
Reducción de emisiones indirectas
• Eficiencia eléctrica superior (SEPR 4.25 con banco de hielo) reduce la huella de carbono indirecta en 35 % frente a un booster transcrítico (factor medio UE = 0,231 kg CO₂/kWh).
• Microcanal de aluminio en el condensador adiabático disminuye el contenido de refrigerante en un 30 % y mejora la capacidad de intercambio con menor consumo ventilador.
Minimización de materiales y transporte
• El turbocompresor oil‑free de 250 kW pesa solo 45 kg, frente a los 450 kg que suele alcanzar un compresor semihermético alternativo equivalente ( 10 veces más pesado): menos materias primas, menor energía de fabricación y menor CO₂ de transporte.
• Ausencia de aceite => se eliminan consumibles (filtros, separadores) y el tratamiento de residuos lubricantes.
Facilidad de reciclaje y fin de vida
• Los módulos principales (microcanal de aluminio, bastidor de acero galvanizado, turbocompresor monobloque) son 100 % desmontables y reciclables.
• No se emplean PCM basados en parafinas ni sales eutécticas: el banco de hielo utiliza solo agua, evitando residuos químicos.
Cumplimiento normativo y futuro
• Cumple la actual EN 378 y anticipa los límites del borrador F‑Gas 2027 (< 150 GWP en sistemas nuevos de media temperatura).
• Preparado para la próxima etiqueta energética europea para instalaciones centralizadas (> 40 kW), posicionándose en la clase superior.
Resumen: Gracias al uso de refrigerantes de ultra‑bajo GWP, microcanales de aluminio, turbocompresores ligeros sin aceite y almacenamiento con hielo, el Turbopack ofrece una solución con impacto ambiental mínimo, apta para la economía circular y preparada para la normativa europea de la próxima década.
Plan de implantación, operación y mantenimiento
Puesta en marcha y validación inicial
1. Instalación modular: los cuatro módulos (cabeza de cascada, booster CO₂, climatizador y banco de hielo) se suministran pre‑ensamblados y probados en fábrica (FAT).
2. Conexión Plug‑&‑Play: tuberías de CO₂, agua (banco de hielo) y acometida eléctrica con bloques rápidos.
3. Prueba de presión y estanqueidad conforme a EN 378 y PED; carga inicial de R‑1234ze mediante bomba de vacío controlada.
4. Comisionado digital: el cuadro IA precarga curvas de referencia y realiza un auto‑tuning de consignas en 48 h.
Mantenimiento predictivo
Monitorización remota y curva de aprendizaje
Portal web con dashboards de COP, SEPR y KPI de mantenimiento.
Algoritmos de machine learning ajustan la curva de presión de baja y la lógica del banco de hielo; se estima un +3 % de mejora adicional el primer año.
Roadmap tecnológico (actualizado)
Campos de aplicación, configuraciones y versatilidad del Turbopack
La filosofía modular permite crear una gama completa de soluciones, desde unidades muy simples para climatización a sistemas multitemperatura de gran potencia. El Turbopack está diseñado para reemplazar tanto chillers convencionales como centrales booster transcríticas, siempre con la máxima eficiencia en todos los puntos de funcionamiento.