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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA

MECÁNICA Y ELÉCTRICAUNIDAD AZCAPOTZALCO

“PROYECTO DE UN SISTEMA DE REFRIGERACIÓN PARA CONGELARCAMARÓN EN LA CIUDAD DE CAMPECHE”

TESIS CURRICULAR

QUE PARA OBTENER EL TITUTLO DE

INGENIERO MECÁNICO

P R E S E N T A N

C. ARELLANO MENDOZA JONATHAN

C. ESTRADA ESCOBAR DAVID

C. HERNÁNDEZ MENDOZA FERNANDO

C. SERRANO PEREZ JAVIER

ASESOR: ING. AGUSTIN LOPEZ MALDONADO

ASESOR: DR. GUILLERMO URRIOLAGOITIA SOSA

México D.F. 2009

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO

INDICE

i

ÍNDICE

Pág.

ObjetivoObjetivo General

Objetivos Particulares

Justificación

Introducción a la refrigeración

Capítulo I Generalidades

1.1 Historia de la refrigeración 21.2 Características del producto 4

1.2.1 Taxonomía 51.2.2 Relevancia como alimento 61.2.3 Hielo-fluido 81.2.4 Aplicaciones 91.2.5 Granjas de camarón 91.2.6 Zonas de pesca de camarón en México 101.2.7 Características geográficas de México 11

1.3 Conceptos fundamentales de termodinámica 16

Capítulo II Marco Teórico

2.1 Descripción del proyecto prospectivo 372.2 Objetivo 382.3 Viabilidad 392.4 Metodología 402.5 Los sistemas de refrigeración, su integración, funcionamiento y aplicación 41

2.5.1 Antecedentes 412.6 Refrigeración por absorción 422.7 Tipos de refrigeración 43

2.7.1 Refrigeración doméstica 442.7.2 Refrigeración comercial 442.7.3 Refrigeración industrial 44




INDICE

ii

2.7.4 Aire acondicionado 452.7.5 Refrigeración marina 45

2.8 Sistemas de refrigeración 462.9 Aplicaciones 472.10 Clasificación de los ciclos de refrigeración 482.11 Refrigerantes 492.12 Ventajas y desventajas operacionales de algunos refrigerantes 512.13 Ciclo mecánico de refrigeración por compresión de vapores 522.14 Ciclo de refrigeración por absorción 532.15 Principales mezclas utilizadas en sistemas de refrigeración por absorción. 552.16 Ciclo de Carnot invertido 572.17 Sistemas de compresión de vapor en cascada y en etapas múltiples 59

2.17.1 Ciclo en cascada 592.18 Sistemas de refrigeración ambiental 612.19 Refrigeradores Eléctricos 622.20 Métodos de enfriamiento 632.21 Sistemas de refrigeración indirecta 642.22 Sistemas de refrigeración directo 65

Capítulo III Análisis del Proyecto

3.1 Síntesis del proyecto 683.2 Condiciones de diseño 683.3 Cálculo de carga térmica 70

3.3.1 Por transmisión de calor a través de paredes 703.3.2 Conductancia de la capa superficial de aire 723.3.3 Carga térmica que se transmite a través de una pared compuesta 733.3.4 Coeficiente de conductividad térmica total 743.3.5 Valores del coeficiente específico de conductividad térmica 753.3.6 Carga térmica generada por producto 753.3.7 Carga generada por alumbrado y equipo 793.3.8 Carga térmica generada por infiltración 813.3.9 Carga térmica generada por ocupantes 833.3.10 Carga térmica generada por efecto solar 83

3.4 Método de cálculo 85




INDICE

iii

Capítulo IV Cálculo y Selección de Equipo

4.1 Cálculo de un sistema por compresión de vapores 1004.2 Trazo del diagrama Presión – Entalpía (Diagrama de Mollier) 1034.3 Propiedades del refrigerante 1054.4 Rendimiento volumétrico del compresor utilizando R22 y amoniaco 1074.5 Refrigerante 1144.6 Temperatura y presión de condensación del amoniaco y el R22 1154.7 Relación de compresión 1164.8 Selección del R22 para el proyecto 1164.9 Cálculo de los 11 parámetros para el amoniaco y R22 1194.10 Selección de equipos 124

Capitulo V Programa de Mantenimiento

5.1 Mantenimiento 1395.1.1 Objetivos generales 1395.1.2 Objetivos específicos del mantenimiento 139

5.2 Tipos de mantenimiento 1405.2.1 Mantenimiento preventivo 1405.2.2 Mantenimiento predictivo 1405.2.3 Mantenimiento correctivo 141

5.3 Clasificación de las fallas 1415.4 Programa de mantenimiento a las unidades del sistema 142

5.4.1 Evaporadores 1425.4.2 Unidades condensadoras/evaporadoras 1435.4.3 Posibles fallas del evaporador y su solución 1565.4.4 Posibles fallas de la unidad condensadora y su solución 146

CONCLUSIONES 152ANEXOS 156REFERENCIAS XXX




INDICE

iv

Nomenclatura




INDICE

v

Índice de figuras

Capítulo IFigura 1.1 Enfriadora centrífugaFigura 1.2 Clasificación del camarónFigura 1.3 CamarónFigura 1.6 Producción pesqueras en MéxicoFigura 1.7 Estados pesqueros de camarón en MéxicoFigura 1.8 Sistema A,B Y C en equilibrioFigura 1.9 Ley de la conservación de la energíaFigura 1.10 El peso como medida de fuerzaFigura 1.12 SistemaFigura 1.13 PresiónFigura 1.14 Presión AtmosféricaFigura 1.15 Estados de la materiaFigura 1.16 ConducciónFigura 1.17 Convección libre y forzadaFigura 1.18 RadiaciónFigura 1.19 Calor latente de evaporaciónFigura 1.20 RefrigerantesFigura 1.21 Ciclo RankineFigura 1.22 Punto de ebulliciónFigura 1.23 Punto de ebullición




INDICE

vi

Figura 1.24 DensidadFigura 1.25 Carta psicrométricaFigura 1.26 Diagrama de Mollier

Capítulo IIFigura 2.1 Mapa del Estado de CampecheFigura 2.2 Refrigerador domésticoFigura 2.3 Refrigerador comercialFigura 2.4 Refrigerador industrialFigura 2.5 Sistema mecánico por compresión de vaporesFigura 2.6 Diagrama P-h del ciclo ideal de refrigeración por compresión mecánica de vaporesFigura 2.7 Ciclo de absorciónFigura 2.8 Sistema de refrigeración Amoniaco-aguaFigura 2.9 Ciclo de Carnot invertidoFigura 2.10 Ciclo en cascadaFigura 2.11 Sistema de refrigeración indirectoFigura 2.12 Sistema de refrigeración directo

Capítulo IVFigura 4.1 Sistema de refrigeración por compresión de vaporesFigura 4.2 Diagrama del recorrido del refrigerante a través del sistemaFigura 4.3 Diagrama de líquidos y vapores Ciclo RankineFigura 4.4 Diagrama Presión EntalpiaFigura 4.5 Diagrama del condensadorFigura 4.6 Diagrama del evaporadorFigura 4.7 Diagrama de una torre de enfriamientoFigura 4.8 Diagrama presión-temperatura para diferentes refrigerantesFigura 4.9 Sistema de refrigeración enfriado por aireFigura 4.10 Diagrama Presión-Entalpia para el amoniacoFigura 4.11 Diagrama Presión-Entalpia para el R-22Figura 4.12 Diagrama Presión-Entalpia para el R-22

AnexosFigura A.1 Trazo del diagrama de Mollier para AmoniacoFigura A.2 Trazo del diagrama de Mollier para R-22Figura A.3 Trazo del diagrama de Mollier para Amoniaco por computadoraFigura A.4 Trazo del diagrama de Mollier para R-22 por computadoraFigura A.5 Catalogo de evaporadores BOHNFigura A.6 Catalogo de unidades condensadoras BOHN




INDICE

vii

Figura A.7 Puertas para cámaras de refrigeración marca HERCULES

Índice de tablas

Capítulo ITabla 1.1 Tipos de hieloTabla 1.2 Área de la plataforma continental de las costas mexicanas (km2)

Capítulo IVTabla 4.1 Rendimiento volumétrico del compresor para R-22 y AmoniacoTabla 4.2 Temperatura y presión de condensación del Amoniaco y R22Tabla 4.3 Tabla comparativa de resultados entre Amoniaco y R22

AnexosTabla A.1 Corrección de temperatura por efecto solarTabla A.2 Espacio, peso y densidad para productos almacenadosTabla A.3 Características de productos alimenticiosTabla A.4 Calor disipado por las personas dentro del espacio refrigeradoTabla A.5 Coeficientes de transmisión de calorTabla A.7 Tabla para selección de la caja de almacenamiento del camarón




Objetivo general:

Diseño y desarrollo de un sistema de refrigeración por compresión de vapores para congelar

camarón.

Objetivos particulares:

- Calculo de los equipos de refrigeración que siga el ciclo de compresión de vapor

- Diseño del espacio para almacenar el camarón

- El almacén debe tener la capacidad de congelar 30 toneladas de camarón

- El cálculo de las propiedades termodinámicas y de transporte del refrigerante

- Selección del refrigerante mas adecuado para el proceso termodinámico

El sistema de refrigeración solo congelara camarón debido a que para efectos de cálculo

utilizaremos las propiedades del mismo considerando las temperaturas críticas de la ciudad de

Campeche por ser zona de temperatura extremosa.

Objetivos




Debido a que en México se cuentan con bastos litorales de los cuales se pueden obtener

productos para el consumo del ser humano nos parece sumamente interesante desarrollar un

proyecto en el que nos veamos envueltos en el diseño de un sistema de refrigeración por

compresión de vapores para congelar camarón aplicando los conocimientos obtenidos en clase.

Todo esto con el fin de reducir el costo de este alimento debido a que existen muy pocos

sistemas de refrigeración en los litorales de México para la conservación del mismo, por

consiguiente el camarón se encarece al ser poca la cantidad de producto que se puede

conservar para posteriormente transportarse y ser distribuido en las diferentes ciudades del

país.

Por otro lado, con la realización de este proyecto se busca obtener un buen diseño de la

cámara de refrigeración, así como el cálculo de los equipos de refrigeración que nos permitan

congelar el camarón de una manera eficiente, segura pero sobretodo económica, por

consecuencia, la reducción de costos para el abasto de camarón en las principales ciudades de

México.

Justificación




La refrigeración es el proceso de reducción y mantenimiento de la temperatura (a un valor menor a la

del medio ambiente) de un objeto o espacio. La reducción de temperatura se realiza extrayendo

energía del cuerpo, generalmente reduciendo su energía térmica, lo que contribuye a reducir la

temperatura de este cuerpo.

La refrigeración implica transferir la energía del cuerpo que pretendemos enfriar a otro, aprovechando

sus propiedades termodinámicas. La temperatura es el reflejo de la cantidad o nivel de energía que

posee el cuerpo, ya que el frío propiamente no existe, los cuerpos solo tienen más o menos energía

térmica. De esta manera enfriar corresponde a retirar Energía (calor) y no debe pensarse en términos

de " producir frío o agregar frío".

Entre otras formas:

Aprovechar diferencias de temperaturas entre el medio receptor y emisor. Transfiriendo el calor por

convección, conducción o Radiación.

Usar un proceso que requiera una aportación externa de energía en forma de trabajo, como el ciclo

de Carnot.

Aprovechar el efecto magneto calórico de los materiales, como en la desimanación adiabática.

Introducción a la refrigeración




Las aplicaciones de la refrigeración son variadas:

La climatización, para alcanzar un grado de confort térmico adecuado para la habitabilidad de un

edificio. La conservación de alimentos, medicamentos u otros productos que se degraden con el

calor. Como por ejemplo la producción de hielo o nieve, la mejor conservación de órganos en

medicina o el transporte de alimentos perecederos.

Los procesos industriales que requieren reducir la temperatura de maquinarias o materiales para

su correcto desarrollo. Algunos ejemplos son el mecanizado, la fabricación de plásticos, la

producción de energía nuclear.

La crio génesis o enfriamiento a muy bajas temperaturas, empleada para la licuar algunos gases o

para algunas investigaciones científicas.

Motores de combustión interna: en la zona de las paredes de los cilindros y en las culatas de los

motores se producen temperaturas muy altas que es necesario refrigerar mediante un circuito

cerrado donde una bomba envía el líquido refrigerante a las galerías que hay en el bloque motor y

la culata y de allí pasa un radiador de enfriamiento y un depósito de compensación. el líquido

refrigerante que se utiliza es agua destilada con unos aditivos que rebajan sensiblemente el punto

de congelación para preservar al motor de sufrir averías cuando se producen temperaturas bajo

cero.

Máquinas-herramientas: las máquinas herramientas también llevan incorporado un circuito de

refrigeración y lubricación para bombear el líquido refrigerante que utilizan que se llama taladro

aceite de corte sobre el filo de la herramienta para evitar un calentamiento excesivo que la pudiese

deteriorar rápidamente.




CAPITULO I

GENERALIDADES




CAPITULO 1 GENERALIDADES

2

1.1 Historia de la refrigeración

La utilización del frío es un proceso conocido ya desde muy antiguo; en el siglo XII los chinos utilizaban

mezclas de salitre con el fin de enfriar agua; los árabes en el siglo XIII utilizaban métodos químicos de

producción de frío mediante mezclas; en los siglos XVI y XVII, investigadores y autores como Boyle,

Faraday (con sus experimentos sobre la vaporización del amoníaco) etc., hacen los primeros intentos

prácticos de producción de frío.

En 1834, Perkins desarrolla su patente de máquina frigorífica de compresión de éter y en 1835 Thilorier

fabrica nieve carbónica por expansión; Tellier construyó la primera máquina de compresión con fines

comerciales, Pictet desarrolla una máquina de compresión de anhídrido sulfuroso, Linde otra de

amoníaco, Linde y Windhausen la de anhídrido carbónico, Vincent la de cloruro de metilo, etc.

En 1902 Willis Carrier sentó las bases de la refrigeración moderna y al encontrarse con los problemas de

la excesiva humidificación del aire enfriado, las del aire acondicionado y desarrolló el concepto de

climatización de verano.

Por esa época un impresor neoyorquino tenía serias dificultades durante el proceso de impresión, que

impedían el comportamiento normal del papel, obteniendo una calidad muy pobre debido a las

variaciones de temperatura, calor y humedad. Carrier diseñó una máquina específica que controlaba la

humedad por medio de tubos enfriados, dando lugar a la primera unidad de refrigeración de la historia.

Durante aquellos años, el objetivo principal de Carrier era mejorar el desarrollo del proceso industrial con

máquinas que permitieran el control de la temperatura y la humedad.

En 1915, Carrier y seis amigos reunieron 32.600 dólares y fundaron “La Compañía de Ingeniería

Carrier”, cuyo gran objetivo era garantizar al cliente el control de la temperatura y humedad a través de

la innovación tecnológica y el servicio al cliente.





3

En 1922 Carrier lleva a cabo uno de los logros de mayor impacto en la historia de la industria: “la

enfriadora centrífuga”. Este nuevo sistema de refrigeración se estrenó en 1924 en los grandes

almacenes Hudson de Detroit, en los cuales se instalaron tres enfriadoras centrífugas para enfriar el

sótano y posteriormente el resto de la tienda.

Tal fue el éxito, que inmediatamente se instalaron este tipo de máquinas en hospitales, oficinas,

aeropuertos, fábricas, hoteles y grandes almacenes.

La prueba de fuego llegó en 1925, cuando a la compañía Carrier se le encarga la climatización de un

cine de Nueva York. Se realiza una gran campaña de publicidad que llega rápidamente a los ciudadanos

formándose largas colas en la puerta del cine.

La película que se proyectó aquella noche fue rápidamente olvidada, pero no lo fue la aparición del aire

acondicionado. En 1930, alrededor de 300 cines tenían instalado ya el sistema de aire acondicionado.

A finales de 1920 propietarios de pequeñas empresas quisieron competir con las grandes distribuidoras,

por lo que Carrier empezó a desarrollar maquinas pequeñas.

En 1928 se fabricó un equipo de climatización doméstico que enfriaba, calentaba, limpiaba y hacía

circular el aire y cuya principal aplicación era la doméstica, pero la Gran Depresión en los Estados

Unidos puso punto final al aire acondicionado en los hogares.

Hasta después de la Segunda Guerra Mundial las ventas de equipos domésticos no empezaron a tener

importancia en empresas y hogares.

Hasta la fecha la refrigeración ha sido un campo que aun continúa en desarrollo pues se intenta realizar

sistemas de refrigeración cada vez más eficientes y al menor costo.





4

Figura 1.1 Enfriadora centrífuga

1.2 Características del producto

Los productos marinos son altamente perecederos e inician su proceso de descomposición tan pronto

mueren. Sin la adecuada protección, los procesos bacterianos enzimáticos y químicos reducen la vida

útil del producto, causando perdidas y en el último de los casos rechazo por su descomposición. El

proceso de descomposición se acelera por las altas temperaturas, por daños debidos a los golpes,

cortes y por la contaminación. La clave en la preservación de estos productos es el inmediato

enfriamiento después de su recolección a temperaturas ligeramente arriba del punto de congelación y

mantener esa temperatura hasta que de inicio su procesamiento de esta manera se impide la perdida de

sus propiedades. Los camarones, conocido también con los nombres de quisquillas o esquilas, son

crustáceo decápodos marinos o de agua dulces, perteneciente al infraorden de los Caridea, de unos 10

a 15 centímetros de longitud, patas pequeñas, bordes de las mandíbulas fibrosos, cuerpo comprimido,

cola muy prolongada respecto al cuerpo, coraza poco consistente y color grisáceo. Son relativamente

fáciles de encontrar en todo el mundo, tanto en cuerpos de agua dulce como en agua salada. .(I)*.





5

Clasificación científicaReino: AnimaliaFilo: ArtrópodaSubfilo: CrustáceaClase: MalacostráceaOrden: DecápodaSuborden: PleoceyemataInfra orden: Caridea

Figura 1.2 Clasificación del camarón

1.2.1 Taxonomía

Pese a que el suborden Caridea de los crustáceos decápodos es el que se asocia habitualmente con los

camarones, todos los crustáceos del suborden Caridea son llamados camarones, aunque existan varias

especies cuyo nombre vulgar es camarón pero que no pertenecen a dicho suborden. También ocurre

que todos los camarones "verdaderos" tiendan a ser clasificados como parte del orden decápodo, junto a

los cangrejos, las langostas y el kril. (II)*.





6

1.2.2 Relevancia como alimento

Figura 1.3 Camarón

Los camarones en sus diferentes especies son criaturas relativamente abundantes en los cuerpos de

agua dulce o salada en todo el mundo, lo cual los convierte en un importante recurso pesquero y

alimenticio. Prácticamente cada país posee recetas y formas particulares para preparar y consumir estos

crustáceos. Si existe algún punto en común, es que para consumirlos se procede a su cocimiento y que

es común que se elimine la cabeza, la coraza corporal, las aletas anteriores y posteriores, todas ellas

partes ricas en quitina y por ello indigestas.

También es común que se destripe antes de consumirlo, pues en este grupo de especies los intestinos

son fácilmente reconocibles, aun antes del cocimiento, como una línea oscura que corre

longitudinalmente por la parte alta del cuerpo y cola.

Los métodos tradicionales de enfriamiento y almacenamiento de los productos marinos incluyen el uso

de agua salada fría, hielo y una mezcla de agua hielo.

El agua salada fría proporciona generalmente medios temporales de refrigeración, pero toma demasiado

tiempo llevar la temperatura del pescado hasta el nivel deseado y la concentración de sal siempre es





7

una preocupación adicional. El hielo ha sido usado para controlar la temperatura de los productos por

más de un siglo. El calor latente de fusión del hielo (335 kJ/kg) provee una alta capacidad de

enfriamiento. El hielo no sólo mantiene el producto frío, sino también húmedo, brilloso, y además prevé

la deshidratación. El hielo en bloque o hielo en bloque triturado, hielo en tubo, hielo en escamas y hielo

en placa son los tipos de hielo usados por décadas en la acuacultura. Conforme ha incrementado la

demanda por una calidad superior en los productos, son necesarios métodos más avanzados de

preservación para satisfacer las necesidades del mercado que en este caso se hace mas amplio.

Una limitante en el empleo del hielo convencional es la baja velocidad de enfriamiento sin importar que

el hielo se aplique directamente al producto o se mezcle con agua. El proceso de enfriamiento se ve

afectado básicamente por el tamaño de las partículas y la temperatura de distribución de la mezcla

agua-hielo. La tabla muestra diferentes tipos de hielo. Las partículas grandes tienen un área de

transferencia de calor más pequeña y menos uniforme. En consecuencia proveen menos enfriamiento.

Tipo de HieloHielo en bloque tritura

Dimensiones5-10 mm

Hielo en tubo

Hielo en fichaHielo en placaHielo en escamas

d: 50 mml: 40-50 mme: 12 mme: 3-20 mme: 8-16 mme: 1.5-12.5 mm

d = diámetro l = longitud e = espesor

Tabla 1.1 Tipos de Hielo

Formas diferentes de hielo presentan algunos otros retos a resolver, por ejemplo en el caso del hielo en

bloque triturado, hielo en placas presenta formas irregulares con puntas filosas que pueden dañar la piel





8

de ciertas especies. Por otro lado el hielo en escamas puede causar congelamiento parcial si se aplica

directamente, esto es debido a su subenfriamiento que sufrió con anterioridad el producto. (III)*

1.2.3 Hielo-fluido

La alternativa al hielo convencional es tener hielo en micro partículas con dimensiones de 0.25 a 0.50

mm, las cuales pueden ser utilizadas ya sea en forma de hielo bombeable o como cristales secos. El

tamaño pequeño de este tipo de hielo resulta en mejor área de transferencia de calor comparado con

otros tipos de hielo para una cantidad determinada. Puede ser empacada dentro de un contenedor hasta

con una densidad de 700 kg/m3, tiene el factor de empacamiento más alto entre todos los tipos de hielo

usados en la industria. Además, la temperatura del hielo es menos subenfriado que el hielo fluido.

El hielo fluido puede ser bombeado al producto directamente del generador o de un tanque almacén. El

hielo fluido cubre el producto sin provocar ningún daño y de manera efectiva previene las bolsas de aire

que son muy comunes en los contenedores llenos con hielo en escamas o hielo triturado.

Los cristales del hielo fluido proveen un enfriamiento más rápido que otros tipos de hielo o mezclas de

hielo-agua. Se ha reportado por la Industria Noruega de la Pesca que el hielo fluido con un contenido de

15 % de hielo puede enfriar 600 kg. de salmón en un tote de 12 a 1ºC en 35 minutos. Pruebas

desarrolladas por el.

Departamento de Industrias pesqueras y de los océanos de Nueva Escocia indican que el hielo fluido

con una concentración de hielo del 30 % podía proporcionar aproximadamente 1.5ºC más abajo en la

temperatura que el hielo en escamas aplicado en bacalao fresco-destripado aplicando así nuevas

técnicas de enfriamiento para la conservación de los productos que son capturados en el mar.

La desventaja del hielo fluido comparado con el resto de los tipos de hielo es el alto costo de la máquina

generadora. Sin embargo las máquinas generadoras de hielo son más compactas, sólo 60 % o menos

del peso y volumen en comparación con otros tipos de generadores. Las máquinas generadoras de hielo





9

fluido consumen de 30 % hasta 40 % menos energía que las máquinas generadoras de hielo en

escamas con esto se logra una disminución notable en el consumo de energía que el sistema de

refrigeración proporcionara y que en capítulos posteriores procederemos a calcular .(IV)*

1.2.4 Aplicaciones

El hielo fluido se ha usado en diferentes operaciones de acuacultura, incluyendo enfriamiento y

almacenamiento, distribución y procesamiento (lavado, clasificado, eviscerado y empacado). En la

actualidad se usa en el procesamiento de varias especies incluyendo el camarón y el salmón esto debido

a sus propiedades de conservación para productos pesqueros aplicado ampliamente.

(V)*.

1.2.5 Granjas de Camarón

El control de calidad es especialmente importante cuando el camarón es removido de las aguas de la

granja para su proceso. El método tradicional de empacar el camarón – una capa de hielo se coloca en

el fondo del tótem, una más en medio y una capa final sobre el camarón- frecuentemente resulta dañino

para la carne. Toda la presión es colocada en la capa inferior del camarón, causando que los jugos sean

sueltos en el hielo. El uso del hielo fluido da por resultado grades mejorías. Durante la cosecha, el

camarón cosechado a una temperatura de 24 a 27 ºC puede ser enfriado a una temperatura de -2ºC en

menos de cinco minutos dentro de totes aislados esto debido al equipo que se maneja para este sistema

de enfriamiento.

Los cristales del hielo en la mezcla actúa para suspender el camarón, así se reducen las contusiones y

daños. El almacenamiento y transportación del camarón en estos totes no sólo prevé el daño y mantiene

la frescura, sino también mejora la producción en un 2 % a 3 %. El agua salada en el hielo fluido se ha

usado con éxito en el proceso de maduración del camarón. (VI)*.





10

1.2.6 Zonas de pesca de camarón en México

La calidad y vida útil de los productos marinos depende de una adecuada manipulación desde el

momento de la cosecha. Los pasos claves para su preservación son el enfriamiento inmediato cerca del

punto de congelación y evitar los daños en el producto. Las velocidades de enfriamiento aumentan con

la disminución del tamaño de partícula. Los sistemas de hielo fluido utilizan pequeñas partículas de hielo

en una suspensión de agua para maximizar las velocidades de enfriamiento y evitar el daño al producto.

Desde hace varios años, México realiza esfuerzos para resolver este problema, sin embargo, estudios

efectuados para prever los incrementos en la demanda y oferta de los alimentos indican un gran déficit

para los próximos años.

Uno de los programas que han recibido mayor impulso en el país es el "Programa de Desarrollo

Pesquero", por considerarse que los recursos acuáticos pueden ser una fuente importante de alimentos,

así como generar empleos que permitan a la población contar con más dinero para adquirir este tipo de

comida.

La República Mexicana posee 11 592.77 kilómetros de costas, de los cuales 8475.06 corresponden al

litoral del Pacífico y 3 117.71 al del golfo de México y mar Caribe, incluyendo islas; su plataforma

continental es de aproximadamente 394 603 km², siendo mayor en el golfo de México; además cuenta

con 12 500 km² de lagunas costeras y esteros y dispone de 6 500 km² de aguas interiores, como lagos,

lagunas, represas y ríos.

Al establecerse en 1976 el régimen de 200 millas náuticas de "zona económica exclusiva", quedan bajo

jurisdicción nacional 2 946 885 m² de región marina nacional. (VII)*.





11

Figura 1.5 Zonas pesqueras de camarón en México

1.2.7 Características geográficas de México.

Por la ubicación geográfica del país, sus aguas ofrecen medios muy diversos para las distintas especies

de organismos acuáticos debido a la variabilidad de climas y de condiciones ecológicas, la cual es

mayor en las aguas marinas; esto permite que en los mares de México se encuentren especies de

climas templado, cálido y frío, de fondo y superficie, costeras y de alta mar, regionales y migratorias, y

de todas las transiciones entre estos tipos extremos.





12

La plataforma continental presenta un declive suave y su profundidad normalmente no excede los 200

metros; es una zona de gran riqueza biótica. En el golfo de México alcanza gran extensión frente a

Campeche y Yucatán. (VIII)*.

Tabla 1.2 Área de la plataforma continental de las costas mexicanas (km2)

En general, los ecosistemas de las zonas tropicales se caracterizan porque en ellos vive una gran

diversidad de especies y no se encuentra alguna que domine por su abundancia; esto sucede en las

aguas que bañan las costas mexicanas, lo que ofrece al país ventajas que han permitido establecer

grandes pesquerías comerciales, principalmente en el golfo de California, en la costa occidental de la

península de Baja California, en la sonda de Campeche, así como pesquerías tropicales a lo largo de

todos sus litorales.

En estas aguas se aprovechan 305 especies diferentes, y algunos investigadores han calculado que

existen 1 200 especies posibles de ser capturadas. La utilización de estas especies se ha incrementado





13

paulatinamente; en los años 60 a 70 tenían importancia económica solamente 20 especies de peces, 2

de crustáceos y 2 de moluscos; en la actualidad ha aumentado el aprovechamiento de especies de

peces pelágicos y demersales, que llegan a alcanzar más del 50% de la captura total nacional y

diversifican la pesca en cuanto a nuevos recursos.

Las principales especies que forman la captura mexicana son para consumo humano directo; esta

captura se compone de peces óseos, como el guachinango, el mero y el atún; de elasmobranquios: el

tiburón y el cazón; de crustáceos: los camarones y las langostas; y de moluscos: el abulón y el ostión.

Para consumo indirecto están las algas, las anchovetas las sardinas y la fauna de acompañamiento,

entre otras.

Además existen otros recursos potenciales que ofrecen las aguas marinas mexicanas como son peces

de fondo, peces picudos, mejillones y almejas, esponjas, corales, etcétera. De los reptiles como la

tortuga y de los mamíferos como la ballena, se deberá tener cuidado al programar sus pesquerías para

evitar el explotarlos desordenadamente y ponerlos en peligro de extinción.

En los ríos, lagos y represas del país, se localizan especies importantes para la pesca. Se hacen

pesquerías comerciales en los ríos, principalmente en los estados de Tabasco y Veracruz; y en los

lagos en Chapala, Pátzcuaro, Cuitzeo, Zirahuén y Catemaco. Entre las especies de peces utilizadas

están los bagres, el bobo, las carpas, los charales, el pescado blanco, las tilapias y las truchas, además

de almejas, tortugas, cocodrilos, etcétera. La diversidad de especies no representa un obstáculo como

tal, ya que mediante una adecuada flexibilidad en las técnicas de captura, industrialización y

comercialización se pueden obtener ventajas, ampliando el número de organismos que se aprovechen.

Las especies cuya captura se ha incrementado sensiblemente son la sardina, la anchoveta y los

túnidos, y se han desarrollado nuevas pesquerías, como las del calamar, bacalao y merluza, peces

picudos, en las cuales se utilizan nuevos barcos pesqueros, arrastreros y palangreros.





14

Gracias al impulso que se le ha dado al "Plan Nacional de Desarrollo Pesquero", la captura se

incrementó notablemente: en 1970 el total capturado fue de 254 000 toneladas; para 1975, de 525 000

toneladas; en 1980, 1 257 148 toneladas; en 1985, de 1 255 888; en 1987,1 464841 toneladas y en

1992, 1 246 425, habiéndose obtenido una tasa anual de crecimiento importante, lo que confirma el

dinamismo de la actividad y ubica al sector pesca como uno de los de más rápido crecimiento en la

economía nacional. La población de pescadores de México es más numerosa y productiva en el

noroeste, es decir, en las costas de Baja California, Sonora, Sinaloa y Nayarit, y es menor en el resto

del litoral del océano Pacífico, en los estados de Jalisco, Colima, Michoacán, Guerrero, Oaxaca y

Chiapas.

En el Atlántico, la población es menos numerosa; el mayor número de pescadores se encuentra en los

estados de Tamaulipas, Veracruz y Campeche, y el menor en Tabasco Yucatán y Quintana Roo.

Figura 1.6 Producción pesquera en México





15

El sector pesquero en México está integrado por el sector social, el sector privado y el sector público,

que en total forman una población ocupada por 217 212 personas.

Las sociedades cooperativas de producción pesquera que integran el primero de estos sectores tenían

reservadas las ocho especies de mayor valor en la pesca comercial: camarón, langosta, abulón, almeja

pismo, ostión, totoaba, cabrilla y tortuga; y su producción en 1987 fue de 433 353 toneladas.

A partir de 1977 el sector social enfocó sus actividades hacia las especies de consumo popular. En la

actualidad, estas especies ya son manejadas por el sector privado. (XIX)*.

Figura 1.7 Estados pesqueros de camarón en México





16

1.3 Conceptos fundamentales de termodinámica

Termodinámica: Es una rama de la ciencia que trata sobre la acción mecánica del calor. Hay ciertos

principios fundamentales de la naturaleza, llamados leyes de la termodinámica, varios de los cuales son

básicos para el estudio de la refrigeración.(X)*.

Ley cero de la termodinámica: Cuando los sistemas están en equilibrio mutuo, comparten una

determinada propiedad. Esta propiedad se puede medir, y se le puede asignar un valor numérico

definido. Una consecuencia de ese hecho es el principio térmico de la termodinámica, que afirma que si

son sistemas distintos están en equilibrio termodinámico son un tercero tienen que estar en equilibrio

entre sí. Esta propiedad compartida en equilibrio es la temperatura.(XI)*.

Figura 1.8 Sistema A, B y C en equilibrio térmico

Primer principio de la termodinámica: El primer principio es una ley de conservación de la energía.

Afirma que, como la energía no puede crearse ni destruirse –dejando a un lado las posteriores

ramificaciones de la equivalencia entre masa y energía- la cantidad e energía trasferida a un sistema en

forma de calor mas la cantidad de energía igual al aumento de la energía interna del sistema. El calor y

el trabajo, son mecanismos por los que los sistemas intercambian energía entre sí.(XII)*.





17

Figura 1.9 Ley de la Conservación de la energía

Segundo principio de la termodinámica: La segunda ley de la termodinámica da una definición

precisa de una propiedad llamada entropía. La entropía se puede considerar como una medida de lo

próximo o que no se halla un sistema en equilibrio; también se puede considerar como una medida del

desorden (espacial y térmico) del sistema. La segunda Ley afirma que la entropía, o sea, el desorden de

un sistema aislado nunca puede decrecer. Por tanto, cuando un sistema aislado alcanza una

configuración de máxima entropía, ya no puede experimentar cambios: ha alcanzado el equilibrio. La

naturaleza parece pues “preferir” el desorden y el caos. (XIII)*.

Entalpia.(Del prefijo en y del griego thalpein calentar), es una magnitud de termodinámica simbolizada

con la letra H, la variación de entalpía expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida

por un sistema termodinámico, o, lo que es lo mismo, la cantidad de energía que tal sistema puede

intercambiar con su entorno. (XIV)*.





18

Entropía: Es una medida de lo próximo o cuando no se halla un sistema de equilibrio. Se utiliza para

algunas tecnologías de cifrado para introducir un grado de aleatoriedad en el proceso de cifrado. Un

valor de entropía que se utiliza con una clave para cifrar datos debe utilizarse también para descifrar

datos. (XV)*.

Fuerza: Es todo aquello que tenga tendencia a iniciar un movimiento de un cuerpo, hacer que cese

dicho movimiento o cambien de dirección. También puede cambiar el tamaño o forma de un cuerpo. La

fuerza más conocida es el peso. El peso es una medida de la fuerza que ejerce la atracción de la

gravedad sobre el mismo. (XVI)*.

Figura 1.10 El peso como medida de fuerza

Temperatura: Es una magnitud escalar que es una propiedad de todos los sistemas termodinámicos en

equilibrio térmico (o sea que no presentan intercambio de calor entre sus partes). En la escala

microscópica, la temperatura se define como el promedio de la energía de los movimientos de una





19

partícula individual por grado de libertad. Se refiere a las nociones comunes de calor o frío, por lo

general un objeto más "caliente" tendrá una temperatura mayor.(XVII)*.

Figura 1.11 Escalas de temperatura

Materia: Es el término para referirse a los constituyentes de la realidad material objetiva, entendiendo

por objetiva que pueda ser percibida de la misma forma por diversos sujetos. Se considera que es lo que

forma la parte sensible de los objetos perceptibles o detectables por medios físicos.(XVIII)*.

Energía: El término energía tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una

capacidad para obrar, transformar, poner en movimiento.

En física, energía se define como la capacidad para realizar un trabajo.

En tecnología y economía, energía se refiere a un recurso natural y la tecnología asociada para

explotarla y hacer un uso industrial o económico del mismo.





20

Tecnología asociada para explotarla y hacer un uso industrial o económico del mismo. (XIX)*.

“Un rayo es una forma de transmisión de energía.”

Sustancia pura: Se denomina sustancia pura (llamada así para distinguirla de una mezcla) aquel

sistema homogéneo que posea un solo componente. Las sustancias puras pueden ser elementos o

compuestos. También se refiere a la unión de uno o más átomos iguales con interacción química, es

decir, que se encuentran enlazados con fuertes lazos químicos, que no es posible separar de manera

física. (XX)*.

Sistema: Un sistema es un conjunto ordenado de elementos interrelacionados e interactuantes entre sí.

Estos conjuntos se denominan módulos. El concepto de sistema tiene dos usos muy diferenciados, que

se refieren respectivamente a los sistemas de conceptos y a los objetos reales más o menos complejos

y dotados de organización. Es el concepto central de la Teoría de sistemas.(XXI)*.

Figura 1.12 Sistema





21

Volumen: El volumen es la cantidad de espacio que ocupa un cuerpo. La unidad de medida de volumen

en el Sistema Internacional de Unidades es el metro cúbico, aunque temporalmente también acepta el

litro y el mililitro, en el sistema ingles se emplea ft³ (XXII)*.

Figura 1.12 Volumen del cubo unidad = 1 m3

Volumen especifico: El volumen específico (v) es el volumen ocupado por unidad de masa de un

material. Es la inversa de la densidad. Se expresa en unidades de volumen sobre unidades de masa.

En el sistema internacional de unidades se expresa como m3 / kg. Ej. (XXIII)*.

Volumen especifico para un gas ideal: Todos los gases a presiones relativamente bajas obedecen a

una ecuación de estado muy simple que da lugar a consecuencias sumamente importantes e igualmente

sencillas. Todo gas que satisfaga la ecuación de estado presión-volumen específico-temperatura de un

gas o mezcla de gases, algunas de las cuales son extremadamente complejas. Sin embargo, solamente

se explicarán algunas de las más importantes.

RTpv

Se denomina gas ideal. En esta expresión p es la presión absoluta en N/m²(Pa), v es el

volumen especifico en m³/Kg, T es la temperatura absoluta en K, y R es la constante de gas en

j/kg k.(XXIV)*





22

Masa: La masa puede definirse como la cantidad de materia contenida en un cuerpo. No hay que

confundir ésta con el peso del propio cuerpo, ya que este último varía de un lugar a otro del espacio

según el campo de gravedad en el que se encuentra inmerso. La unidad de medida es kg en el sistema

internacional lb (libras masa) en sistema inglés.(XXV)*.

Presión: Es la fuerza, ejercida por unidad de área. Se puede describir como la medida de la intensidad

de la fuerza en un punto cualquiera sobre la superficie de contacto. Siempre que la fuerza se encuentre

distribuida uniformemente sobre un área dada la presión en cualquier punto de la superficie, de contacto

es la misma, y puede calcularse dividendo la fuerza total aplicada entre el área total obre la cual se

aplica la fuerza. Esta relación se aplica con la siguiente ecuación:

P= F/A

P= Presión expresada en unidades de fuerza por unidad de área.

F= Fuerza total expresada en unidades fuerza cualesquiera.

A= Área total expresada en unidades de área cualesquiera. (XXVI)*.

Figura 1.13 Presión





23

Presión atmosférica: El aire tiene peso y por consecuencia ejerce una presión sobre la superficie de la

tierra, a esta presión se le conoce como presión atmosférica.

El peso de una columna de aire con una sección trasversal de 1cm2 de la superficie de la tierra a nivel

del mar es de 1.033kg. Por lo tanto a presión de la atmósfera (aire) sobre la superficie a nivel del mar

da como resultado 1.033kg/cm2 o 14.6961b/pul2 entendiendo este valor como la presión atmosféricas

normal a nivel del mar.

En realidad esta presión varía dependiendo entonces de la temperatura, humedad y algunos otros

factores. Un factor trascendente es la altura sobre el nivel del mar, teniendo asó un a relación de que a

mayor altura menor presión atmosférica.(XXVII)*.

Figura 1.14 Presión Atmosférica

Presión manométrica: Es la presión a la que se encuentra un fluido dentro de un recipiente. Esta

presión se lee en el manómetro (XXVIII)*

Presión absoluta: Se entiende como presión total o real de un fluido y esta se da por la suma de la

presión atmosférica más la presión manométrica.(XXIX)*.





24

Estado de la materia: La materia puede existir en tres fases o estados de agregación; sólido, líquido y

gaseoso. Muchos materiales, bajo las condiciones de presión y temperatura apropiadas pueden existir

en cualquiera de las formas físicas de la materia. La cantidad de energía que poseen las moléculas de

la materia determina no solo la temperatura sino también el estado físico así como su temperatura.

(XXX)*.

Figura 1.15 Estados de la materia

Calor: Es una forma de energía, por lo tanto se puede convertir en otra forma de energía y

recíprocamente otras formas de energía se pueden convertir en calor. El concepto popular de calor es

que este es la energía interna de un cuerpo pero desde el punto de vista termodinámico, se define como

energía de transición de un cuerpo a otro como resultado de una diferencia de temperaturas entre

ambos.(XXXI)*.

Conducción: Es el flujo de calor a través de una sustancia. Para que haya transmisión de calor entre

dos cuerpos en esta forma, se requiere contacto físico real. La conducción es una forma de transmisión

de calor eficiente.

En los sólidos, la única forma de transferencia de calor es la conducción. No se comprende en su

totalidad el mecanismo exacto de la conducción de calor en los sólidos, pero se cree que se debe, en





25

parte, al movimiento de los electrones libres que transportan energía cuando exista una diferencia de

temperatura. Esta teoría explica porque los buenos conductores eléctricos también tienden a ser buenos

conductores del calor.(XXXII)*.

Figura 1.16 Conducción

Convección: Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un líquido o un gas, es casi

seguro que se producirá un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del

fluido a otra por un proceso llamado convección. El movimiento del fluido puede ser natural o forzado. Si

se calienta un líquido o un gas, su densidad (masa por unidad de volumen) suele disminuir. Si el líquido

o gas se encuentra en el campo gravitatorio, el fluido más caliente y menos denso asciende, mientas

que el fluido más frío y más denso desciende. Este tipo de movimiento debido exclusivamente a la no

uniformidad de la temperatura del fluido, se denomina convección natural.

La convección forzada se logra sometiendo al fluido a un gradiente de presiones, con lo que se fuerza

su movimiento de acuerdo a las leyes de la mecánica de fluidos.(XXXIII)*.





26

Figura 1.17 Convección libre y forzada

Radiación: Es la transmisión de calor por ondas similares a las ondas de radio, un ejemplo de radiación

es la transmisión de energía solar a la Tierra. Existe poca radiación a bajas temperatura, también

cuando la diferencia de temperaturas entre los cuerpos es pequeña, por lo tanto, la radiación tiene poca

importancia en el proceso de refrigeración. Sin embargo, la radiación al espacio o al producto refrigerado

por agentes exteriores, particularmente el sol, puede ser un factor importante en la carga de

refrigeración.

La aplicación típica de refrigeración es una combinación de los tres procesos citados anteriormente. La

transmisión de calor no puede tener lugar sin que exista una diferencia de temperatura. (XXXIV)*.

Figura 1.18 Radiación

CALOR ESPECIFICO: Es la cantidad de calor requerido para cambiar la temperatura de la unidad de

masa de un material cualesquiera en un grado.(XXXV)*.





27

CALOR SENSIBLE: Cuando el calor absorbido o entregado por un material causa o acompaña un

cambio en la temperatura del material sin un cambio físico. (XXXVI)*.

CALOR LATENTE: Cuando el calor absorbido o entregado por un material produce un cambio físico del

material y no tiene efecto alguno sobre la temperatura del mismo. (XXXVII)*

CALOR TOTAL: Es una condición particular, es la suma de todo el calor sensible y el calor latente

requeridos para llevar un material a esa condición. Comúnmente es conocido como entalpía.(XXXVIII)*.

CALOR LATENTE DE FUSION: Bajo un cambio de estado, la mayoría de las sustancias tendrán un

punto de fusión, en el cual, ellas cambiaran de un sólido a un líquido sin algún incremento de

temperatura.

En este punto, si la sustancia esta en estado líquido y el calor se retira de ella, la sustancia se solidificara

sin un cambio en su temperatura. El calor envuelto en uno u otro de esos (cambio de un sólido a un

líquido, o de un líquido a un sólido), sin un cambio de temperatura se conoce como calor latente de

fusión.(XXXIX)*.

CALOR LATENTE DE EVAPORACIÓN: Para cambiar una sustancia de líquido a vapor y de vapor a

líquido se requiere calor latente de vaporación. Puesto que la ebullición es solo un proceso de acelerado

de vaporación, este calor también puede llamarse calor latente o de ebullición, calor latente de

evaporación, o, para el proceso contrario, calor latente condensación. Cuando 1 kilo (1 libra) de agua

hierve o se evapora, absorbe 539 kcal. (970 BTU) a una temperatura constante de 100 ºC (212 ºF) al

nivel del mar, igualmente, para condensar 1 kilo (1 libra) de vapor deben sustraerse 539 kcal. (970BTU).

Debido a la gran cantidad de calor latente que interviene en la evaporación y en la condensación, la

transmisión de calor puede ser muy eficiente mediante este proceso. Los mismos cambios de estado que

afectan al agua se aplican también a cualquier líquido aunque a diferentes presiones y temperaturas.





28

La absorción de calor para cambiar un líquido a vapor y la sustracción de este calor para condensar

nuevamente el vapor, es la clave para todo el proceso de la refrigeración mecánica y la transmisión del

calor latente requerido, es el instrumento básico de la refrigeración.(XL)*.

Figura 1.19 Calor latente de evaporación

CALOR LATENTE DE SUBLIMACIÓN: El proceso de sublimación es el cambio directo de un sólido a

vapor sin pasar por el estado líquido, que puede ocurrir en algunas sustancias. El ejemplo más común

es el uso del “hielo seco” o sea bióxido de carbono para enfriar. El mismo proceso puede ocurrir con

hielo debajo de su punto de congelación, y se utiliza también en algunos procesos de congelamiento a

temperaturas extremadamente bajas y altos vacíos.

El calor latente de sublimación es igual, a la suma del calor latente de fusión más el calor latente de

evaporación. (XLI)*.

TONELADA DE REFRIGERACIÓN: La tonelada de refrigeración puede definirse como la cantidad de

calor latente absorbida por la fusión de una tonelada corta de hielo (sólido puro) en 24 hrs; puesto que el





29

calor latente de fusión de 1lb de hielo es de 144BTU, el calor latente de una tonelada (1000 lb) SERÍA

144 x 2000, O SEA, 288000 BTU/DÍA. Por lo tanto el calor equivalente de derretir 2000 lb de hielo a 32

ºF en 24 hrs.

Para obtener el calor por hora es necesario dividir entre 24 horas, lo cual da una cantidad de 12000

BTU/hora, que a su vez recibe el nombre de tonelada de refrigeración.

Puesto que el calor latente del hielo en el sistema métrico es de 80 kcal y que una tonelada americana

es igual a 907.185 kilos, la tonelada de refrigeración es igual a 3.024 Kcal/hora. (XLII)*.

REFRIGERANTE: Son compuestos químicos que son alternativamente comprimidos y condensados a la

fase liquida y luego se les permite expandir vapor o gas cuando son bombeados a través del sistema de

un ciclo de refrigeración mecánica.

Su aplicación es muy fuerte en el área industrial y de investigación, también desarrollándose en áreas

comerciales. Este proceso trata de la preservación de los productos alimenticios en su característica ó

condición muy crítica.(XLIII)*

Figura 1.20 Refrigerantes





30

TEMPERATURA DE SATURACIÓN: Saturación es la condición de temperatura y presión en la cual el

líquido y el vapor pueden existir simultáneamente. Un líquido o vapor esta saturado cuando está en su

punto de ebullición (para el nivel del mar, la temperatura de saturación del agua es de 100 ºC o 212 ºF).

A presiones más altas la temperatura de saturación aumenta, y disminuye a temperaturas más

bajas.(XLIV)*.

VAPOR SOBRECALENTADO: Cuando un líquido cambia a vapor, cualquier cantidad adicional de calor

aumentará su temperatura (calor sensible), siempre y cuando la presión a la que se encuentre expuesto

se mantenga constante. El termino vapor sobrecalentado se emplea para denominar un gas cuya

temperatura se encuentra arriba de su punto de ebullición o saturación. (XLV)*.

Figura 1.21 Ciclo Rankine

LIQUIDOS SUBENFRIADO: Cualquier líquido que tenga una temperatura inferior a la temperatura de

saturación correspondiente a la presión existente, se dice que se encuentra subenfriado. El agua a

cualquier temperatura por debajo de su temperatura de ebullición (a 100 ºC al nivel del mar) está

subenfriada. (XLVI)*





31

PUNTO DE EBULLICIÓN: Es la capacidad de una sustancia para absorber calor latente bajo

condiciones estándar de presión y temperatura (a nivel del mar). (XLVII)*.

En el caso del agua, su punto de ebullición son los 100°C. en ese estado.

Figura 1.22 Punto de ebullición

PUNTO DE FUSIÓN. El punto de fusión se refiere a la temperatura más alta que puede alcanzar un

sólido y una vez que llega a ese nivel su temperatura no puede aumentar más en ese estado, por lo que

cambia de solido a liquido.(XLVIII)*.

Figura 1.23 Punto de ebullición





32

DENSIDAD: La densidad de una sustancia se define como el peso por unidad de volumen y se expresa

normalmente en gramos/centímetros cúbicos (libras por pie cúbico). La densidad del gas puede variar

grandemente con los cambios de presión y temperatura. Por ejemplo el vapor de agua a 3.5 Kg/cm2 (50

PSIA) de presión y 138 ºC (281 ºF) de temperatura es tres veces más pesado que el vapor a 1.03

Kg/cm2 (14.7 PSIA) de presión a 100 ºC (212 ºF).(XLIX)*.

Figura 1.24 Densidad

DENSIDAD RELATIVA: La densidad relativa o aparente expresa la relación entre la densidad de una

sustancia y la densidad del agua, resultando una magnitud adimensional. La densidad del agua tiene un

valor de 1 kg/l —a las condiciones de 1 atm y 4 °C— equivalente a 1000 kg/m3. Aunque la unidad en el

SI es kg/m3, también es costumbre expresar la densidad de los líquidos en g/cm3.(L)*.

Carta psicrométrica. La carta psicométrica es la representación grafica de las propiedades de la mezcla

de aire con vapor saturado, con ella se pueden analizar gráficamente las propiedades psicrométricas y

se facilita la solución de diferentes problemas (Diagrama 24). (LI)*.





33

Su utilización es básica en el área de acondicionamiento de aire, aunque también tiene aplicaciones

dentro de la refrigeración.

Composición de la carta psicrométrica:

Figura 1.25 Carta psicrométrica

La carta psicométrica muestra la relación entre las propiedades del aire que son:

Temperatura de bulbo seco.

Temperatura de bulbo húmedo.

Temperatura de rocío.

Humedad absoluta ó específica.

% de humedad relativa.

Volumen especifico.

Entalpía ó calor sensible.

Entalpía ó calor latente.

Entalpía ó calor total.




CAPITULO 1

Flujo másico. En Física, es la diferencial de la masa respecto al tiempo. Esto ocurre dentro de un

sistema termodinámico, cuando, un

Donde:

= Gasto másico

ρ= Densidad del fluido

V = Velocidad del fluido

A = Área del tubo corriente

De otra forma, es la rapidez con que fluye la

por:

Flujo volumétrico: Es la cantidad de fluido que pasa por determinado elemento en la unidad de tiempo.

Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por una área dada en la unidad

de tiempo. (LIII)*.

Diagrama de Mollier: Diagrama que muestra el recorrido que realiza el refrigerante a través del sistema.

Estos diagramas son fáciles de entender y sirven como una

comprender el funcionamiento de un sistema de refrigeración.

1-2 Evaporador.

2-3 Compresor.

3-4 Condensador.

4-1 Válvula de Expansión




34

, es la diferencial de la masa respecto al tiempo. Esto ocurre dentro de un

, cuando, un fluido atraviesa por un área en un tiempo determinado (

con que fluye la masa. El Flujo de masa, de igual forma, se establece

=

: Es la cantidad de fluido que pasa por determinado elemento en la unidad de tiempo.

flujo volumétrico o volumen que pasa por una área dada en la unidad

Diagrama que muestra el recorrido que realiza el refrigerante a través del sistema.

Estos diagramas son fáciles de entender y sirven como una herramienta valiosa para analizar y

comprender el funcionamiento de un sistema de refrigeración.(LIV)*.

GENERALIDADES

, es la diferencial de la masa respecto al tiempo. Esto ocurre dentro de un

determinado (LII)*.

igual forma, se establece

: Es la cantidad de fluido que pasa por determinado elemento en la unidad de tiempo.

flujo volumétrico o volumen que pasa por una área dada en la unidad

Diagrama que muestra el recorrido que realiza el refrigerante a través del sistema.

herramienta valiosa para analizar y





35

Figura 1.26 Diagrama de Mollier

Efecto refrigerante. Se le llama efecto refrigerante a la cantidad de calor que cada unidad de masa

refrigerante absorbe del espacio refrigerado. Por ejemplo, cuando se derrite una libra de hielo, absorberá

del aire de los alrededores y de los objetos adyacentes una cantidad de calor igual a su calor latente de

fusión. Si el hielo Se funde a 32°F absorberá 144 Btu/lb, de modo que el efecto refrigerante de 1 lb. de

hielo es 144 Btu.(LV)*




CAPITULO II

MARCO TEORICO




CAPITULO 2 MARCO TEORICO

37

2.1 Descripción del proyecto prospectivo

Las necesidades de frío en la mitad sur de México durante todo el año, sobretodo en zonas tropicales,

supone un enorme coste energético, para la obtención del confort deseado en nuestros hogares pero

principalmente en el campo comercial, se estima una media por cámara frigorífica para la conservación

de camarón, del orden de 120 KW/día, que en nuestro país supone una factura eléctrica muy elevada

para este tipo de zonas tropicales todo el año.

Figura 2.1 Mapa del Estado de Campeche

También merece destacar las posibilidades de mejorar el sistema para este tenga una gran capacidad

de congelación de una manera más eficiente, segura pero sobretodo económica.

El desarrollo del proyecto está basado en un sistema que mediante proceso termodinámico permite la

impulsión de fluidos a través de la energía térmica. Esta impulsión de fluidos (refrigerante) nos permitirá

que exista intercambio de calor, y con ello llevar el producto a la temperatura de diseño o requerida. Es

así que nuestro proyecto prospectivo consiste en diseñar una cámara frigorífica. Como este es un

proyecto técnico de diseño donde se necesita el cálculo de los equipos de refrigeración y/o instalaciones





38

de refrigeración con lo cual pretendemos conservar en buen estado un producto perecedero (camarón),

llevándolo a un punto de congelación, de acuerdo a la metodología de diseño, incidiendo principalmente

en los criterios de un sistema de refrigeración por compresión de vapores basándonos principalmente en

los conocimientos adquiridos en clase.

2.2 Objetivo general

El estudio detallado de las características y particularidades que se dan en los barcos de pesca revela

que en ellos se requiere la producción de frío para la conservación y/o congelación del camarón. Al ser

muy costoso esto, al llegar a la costa se requieren sistemas de refrigeración y cámaras frigoríficas para

la conservación del mismo.

Conforme a la realización de este proyecto, el objetivo general, es congelar un alimento perecedero para

mantenerlo en buen estado, el cual pueda ser comestible para la comunidad antes mencionada. Además

de que este producto es un alimento muy demandado en el estado de Campeche, en general, en todo el

país.

Para ello, analizaremos y llevaremos a cabo los siguientes puntos:

- Cálculo y selección de un sistema de refrigeración por compresión de vapor.

- Selección de los equipos de refrigeración.

Como hemos visto, los objetivos, no solo incluyen el aspecto de la cámara y el sistema de refrigeración,

también debemos hacer un análisis de sobre la conservación del camarón, para ello tomamos en cuenta

los siguientes puntos:

- Almacenaje de Alimentos en refrigeración.

- Condiciones de almacenamiento.

- Cálculo del tiempo de congelación de alimentos.





39

Otro aspecto muy importante a considerar es el diseño de las cámaras frigoríficas, para lo cual haremos

el cálculo y diseño de las mismas considerando los siguientes factores:

- Aislantes. Características y tipos.

- Carga de pre-enfriamiento y enfriamiento.

2.3 Viabilidad

La forma de llevar a cabo este proyecto, es real. Teniendo en cuenta todos los factores que involucran

ha este, de tal manera que el proyecto aquí presentado se puede realizar, construir y calcular, ya sea

para una empresa interesada ó por individuo que lo necesite. Nuestro proyecto será calculado y

diseñado, para armar una cámara, un frigorífico u espacio donde podamos mantener congelado un

producto perecedero, que en este caso es camarón.

Para llevarlo a la realidad no se debe dejar pasar un concepto muy importante el cual es el costo-

beneficio, gastos y otros. Lo que necesitamos es un capital o inversión, la cual nos permita desarrollarlo

de la mejor manera para proporcionar un beneficio a esta comunidad. El análisis del sistema pone de

manifiesto que las posibilidades reales de utilización de estos sistemas es viable. Sin embargo, también

han permitido detectar ciertas deficiencias que requieren ser mejoradas para alcanzar el rendimiento y el

comportamiento óptimo del sistema.

En comparación con otros proyectos que hemos visto en la zona de Campeche, vemos que los sistemas

son pocos, debido a que son muy costosos, entonces con este proyecto realizaremos un sistema de

refrigeración y diseño de cámara que nos permita congelar al menor costo para la distribución en todo el

país y es por eso que el proyecto es viable, solo se necesita cierto capital de inversión que a corto plazo

se amortizará.





40

2.4Metodología

Para el proyecto de un sistema de refrigeración para congelar camarón primero tendremos que conocer

factores como la temperatura de congelación del camarón. En base a este dato podremos proponer la

temperatura requerida o de diseño del espacio que en donde estará contenido el camarón.

Otro aspecto muy importante que no debemos olvidar es que diseñaremos el espacio en base a la

temperatura crítica de verano de la ciudad de Campeche.

Una vez bien determinados estos datos procedemos a hacer el cálculo de la carga térmica por los

diferentes conceptos:

I. Carga térmica generada por la transmisión a través de paredes.

II. Carga térmica generada por el producto.

III. Carga térmica generada por alumbrado y equipo.

IV. Carga térmica generada por infiltraciones.

V. Carga térmica generada por ocupantes.

VI. Carga térmica generada por efecto solar.

Para el cálculo de la carga térmica generada por la transmisión a través de paredes debemos conocer el

coeficiente específico de conductividad térmica del material que constituye la pared, así como el tipo de

material que se utilizara y la conductancia de la capa superficial del aire.

Para el cálculo de la carga térmica generada por el producto sabemos que haremos un proceso de

congelación. En el caso de la carga térmica generada por alumbrado, equipo y ocupantes haremos uso

de modelos matemáticos muy sencillos que nos permitirán conocer el valor de esta carga térmica,

Posteriormente, en base al diseño de la cámara o espacio de refrigeración, calcularemos todos los

parámetros por infiltración.

Para este caso necesitaremos conocer algunos parámetros que obtendremos de la carta psicrométrica y

que son:





41

1. Temperatura de bulbo seco (Tbs)

2. Temperatura de bulbo húmedo (Tbh)

3. Temperatura de rocío (Tr)

4. Humedad absoluta o especifica (ha)

5. Por ciento de humedad relativa (% HR)

6. Volumen especifico (v/m)

7. Entalpía total o calor especifico (BTu /lbm)

8. Contenido especifico de calor sensible

9. Contenido especifico de calor latente.

No se realizara el cálculo de la carga térmica generada por efecto solar debido a que la cámara

frigorífica se encontrara dentro de una bodega. Así pues, sabiendo la carga térmica que debe generar el

sistema de refrigeración por compresión de vapores, haremos el análisis del sistema porque es

necesario conocer los niveles, de presión, la relación de compresión, el efecto refrigerante, la velocidad

de flujo másico, la potencia del compresor, el coeficiente de rendimiento, la temperatura de descarga del

compresor y el volumen desplazado por el compresor y el desprendimiento de calor en el condensador

para hacer una muy buena selección del equipo. Estos datos nos servirán para poder seleccionar el

refrigerante mas apropiado para utilizar en el sistema, además para saber si utilizaremos un sistema con

subenfriamiento, con sobrecalentamiento o subenfriamiento con sobrecalentamiento, haciendo los

cálculos lo haremos una comparación para saber qué es lo más adecuado.

2.5 Los sistemas de refrigeración, su integración, funcionamiento y aplicación

2.5.1 Antecedentes

El avance en las técnicas de cultivo llevó a la humanidad a la necesidad de conservar sus alimentos y a





42

idear métodos para producir frío, uno de los primeros métodos que utilizó fue almacenar trozos de hielo

que traían de montañas y que guardaban en pozos tapados con madera donde ponían sus alimentos.

La primera máquina de refrigeración se patentó en 1834 por Jacob Perkins. Se trataba de una máquina

de absorción que utilizaba éter. Así pues, esta sustancia tendría el privilegio de ser el primer refrigerante

industrial. En 1867 se utilizó el dióxido de carbono (CO2) como refrigerante en la compresión de vapor y

en 1873 se hizo lo mismo con el amoniaco (NH3). En 1928 Thomas Midgley junto a Henne y McNary

identificaron y sintetizaron el diclorodifluorometano, Cl2F2C (R-12), el cual para el uso de la época no

dañaba el ambiente, y no era inflamable. Con esto la refrigeración alcanzó infinidad de aplicaciones. Hoy

en día se busca utilizar refrigerantes que no sean clorofluorocarbonados para evitar el deterioro en la

capa de ozono. (LVI)*

2.6 Refrigeración por absorción

Faraday conocía que el cloruro de plata tiene la capacidad de absorber el amoniaco gaseoso. Expuso

cierta cantidad de cloruro de plata pulverizado al amoniaco gaseoso hasta que absorbió todo el que

podía retener. El polvo cargado de amoniaco se colocó posteriormente en un tubo de ensaye sellado

con forma de V invertida. Cuando se aplicó calor se produjo el desprendimiento de vapores de

amoniaco. Los vapores se enfriaron posteriormente sumergiendo el otro extremo del tubo en un

recipiente con agua fría. El agua sirvió como agente de remoción de calor del amoniaco gaseoso.

Conforme los vapores de amoniaco entraron al extremo enfriado del tubo de ensaye, se formaron gotas

de amoniaco líquido. Una vez eliminada la aplicación de calor y del agua de enfriamiento el amoniaco

líquido comenzó a burbujear y a hervir, regresando de nuevo al estado de vapor, el cual fue absorbido

nuevamente por el cloruro de plata. Cuando Faraday tocó el extremo del tubo de ensaye que contenía

amoniaco líquido encontró que estaba bastante frío. Se había producido la ebullición del líquido sin la

aplicación notable de una fuente de calor. A pesar de lo tosco que pudiera parecer este experimento, en

la actualidad se utilizan los mismos principios en los sistemas de refrigeración por absorción. El francés





43

Ferdinand Carré inventó y patentó el sistema de refrigeración por absorción de operación continua, que

patentó en los Estados Unidos de Norteamérica en 1860.

2.7 Tipos de refrigeración

En la actualidad existen 5 tipos de aplicaciones de la refrigeración, los cuales son:

Domestica

Comercial

Industrial

Aire acondicionado

Marina (LVII)*

2.7.1 Refrigeración doméstica.

El campo de la refrigeración doméstica esta limitada principalmente a refrigeradores y congeladores

caseros. Las unidades domésticas generalmente son de tamaños pequeños teniendo

capacidades de potencia que fluctúan entre 1/20 y ½ HP. (LVIII)*

Figura 2.2 Refrigerador doméstico





44

2.7.2 Refrigeración comercial

La refrigeración comercial se refiere al diseño, instalación y mantenimiento de unidades de

refrigeración del tipo que se tienen en establecimientos comerciales para su venta al menudeo,

restaurantes, hoteles e instituciones que se dedican al almacenamiento, exhibición,

procesamientos y a la distribución de artículos de comercio perecederos de todos tipos. (LIX)*.

Figura 2.3 Refrigerador comercial

2.7.3 Refrigeración industrial

La refrigeración industrial a menudo es confundida con la refrigeración comercial porque la división entre

estas dos áreas no esta claramente definida. Como regla general, las aplicaciones industriales son más

grandes en tamaño que las aplicaciones comerciales, y la característica que las distingue es que se

requiere un empleado para su servicio, que por lo general es un ingeniero. Algunas aplicaciones

industriales típicas son plantas de hielo, grandes plantas empacado ras de alimentos, cervecerías,

lechería, y plantas industriales, tales como refinerías de petróleo, plantas químicas, etc. (LX)





45

Figura 2.4 Refrigerador industrial

2.7.4 Aire acondicionado

El aire acondicionado es la técnica para controlar los factores que afectan las condiciones físicas y

químicas de la atmósfera dentro de cualquier espacio destinado a ocuparse por personas pasa su

comodidad o bien para realizar procesos industriales. (LXI)*

2.7.5 Refrigeración marina

La refrigeración marina se refiere a la realizada a bordo de embarcaciones de trasporte y cargamento

sujeto a deterioro así como refrigeración de los almacenes del barco.

La finalidad de la refrigeración moderna es muy variable y va desde conservar un producto, hasta

llevarlo a realizar un proceso. Estos procesos se clasifican en grupos que son:





46

Enfriamiento

Refrigeración

Congelación

Proceso Criogénico (LXII)*

2.8 Sistemas de refrigeración

Enfriamiento: Los sistemas de enfriamiento operan normalmente con temperaturas que van desde

+15°C a +2°C (59°F a 35. 6°F). Aun cuando en algunos casos existe una disminución de temperaturas

hasta los 0 °C (32°F), en este proceso nunca se presenta cambio de estado en la sustancia que se

maneja y solamente se elimina calor sensible.

Su aplicación es muy amplia y se utiliza en productos que no requieren conservación y la temperatura en

que se encuentran son solo para efectos de gusto.

Como ejemplos tenemos:

Enfriadores de bebidas carbonatadas y agua.

Enfriadores de productos lácteos.

Sistemas de Acondicionamiento de Aire.(LXIII)*.

Refrigeración: Los niveles de temperatura de este proceso comprenden valores ligeramente superiores

de los 0°C a -18°C (32°F a -O .4°F) aproximadamente. En este proceso si existe cambio físico y

lógicamente eliminación de calor latente. Este proceso se utiliza para la conservación de productos

llevando a cabo los procedimientos adecuados, se pueden mantener estos productos de 2 semanas





47

hasta 1 mes aproximadamente. Es utilizado ampliamente en instalaciones domésticas, comerciales y de

investigación. (LXIV)*.

Congelamiento: Este proceso opera entre -18°C y -40°c (-0.4°F Y -40°F) Y en este proceso también

existe cambio de estado en la sustancia y también se elimina calor latente. No obstante en algunos

casos solo se elimina calor sensible, por ejemplo, cuando se conserva la carne congelada en la

transportación. Su principal utilidad es el área comercial, industrial y de investigación. El periodo de

conservación va desde 1 mes hasta 1 año, dependiendo del producto y que procedimientos se empleen.

(LXV)*.

Criogénico: Es un proceso que opera desde -40°C (-40°F) a valores cercanos al cero absoluto. Esto

implica el cambio de estado físico en la sustancia si esta liquido o contiene agua para enfriarlo

posteriormente.

Su aplicación es muy fuerte en el área industrial y de investigación, también desarrollándose en áreas

comerciales. Este proceso trata de la preservación de los productos alimenticios en su característica o

condición muy critica. (LXVI)*.

2.9 Aplicaciones

Las aplicaciones más comunes de la refrigeración son: La conservación de alimentos a diferentes

escalas, que puede ser desde el refrigerador en nuestros hogares hasta grandes cámaras de

refrigeración comerciales e industriales donde los productores de verduras, frutas, la industria de la

pesca y los productores de carne tienen la posibilidad de almacenar sus productos para poder

comercializarlos posteriormente. Así mismo la necesidad de transportar estos productos largas

distancias trajo consigo la necesidad de implementar unidades de transporte capaces de refrigerar. No

menos importante es la conservación de productos médicos como medicamentos, vacunas, y en algunos

casos órganos humanos.





48

Los sistemas de clima o aire acondicionado para brindar comodidad en hogares y lugares de trabajo en

zonas donde el clima es extremoso. (LXVII)*.

2.10 Clasificación de los ciclos de refrigeración

Los diferentes ciclos de refrigeración son capaces de trabajar en un amplio rango de temperaturas que

pueden ser desde unos grados por encima de 0º C hasta temperaturas cercanas al cero absoluto y cada

uno de estos ciclos implica diferentes tipos de tecnologías. Podemos hacer una clasificación en base a

sus principios de operación:

a) Ciclos mecánicos.- Compresión mecánica de vapores, compresión mecánica de gases con y sin

producción de trabajo exterior. En estos ciclos se utilizan las propiedades termodinámicas de fluidos y

principalmente de fluidos gaseosos que constituyen el conjunto de ciclos de compresión expansión.

b) Ciclos Termo-mecánicos.- Ciclos Rankine acoplados a ciclos de compresión de vapor, en donde la

potencia suministrada proviene de ciclos de generación de vapor y ciclos de eyecto-compresión en

donde se comprime térmicamente un gas por medio de altas velocidades producidas por un eyecto-

compresor.

c) Ciclos Térmicos.- En estos ciclos se utilizan las propiedades físico-químicas, ligadas a fenómenos

térmicos que se manifiestan mediante la disolución de ciertos sólidos o líquidos en solventes líquidos o

durante la absorción de vapores en absorbentes sólidos o líquidos o durante la adsorción de vapores en

adsorbentes líquidos o sólidos

d) Ciclos termoeléctricos.- En este tipo de ciclos de refrigeración se utilizan las propiedades

termoeléctricas de ciertos sólidos, generalmente de aleaciones metálicas, el enfriamiento producido está

basado en el efecto Peltier.

e) Ciclos electro-magnéticos.- Son ciclos de generación de vapor para la producción de electricidad

acoplados a ciclos de compresión mecánica. (LXVIII)*.





49

2.11 Refrigerantes

En la clasificación de los refrigerantes se utiliza el criterio de ASHRAE (American Society for heating,

refrigerating, and Air-Conditioning Engineers) y las indicaciones de la EPA (Environmental Protection

Agency). ASHRAE clasifica los refrigerantes de forma muy general en los tipos siguientes Derivados

halogenados saturados. Proceden del metano, etano y propano por sustitución parcial o total de los

átomos de hidrógeno por átomos de Cl, F. Pueden ser de tipo:

a) Clorofluorocarbonados (CFC). Contienen Cl, F y C en su molécula. Estos refrigerantes dejaron de

utilizarse a finales de 1994 en la UE y a finales de 1995 en el resto de países occidentales debido a que

causan deterioro en la capa de ozono.

b) Hidroclorofluorocarbonados (HCFC). Contienen H, Cl, F y C en su molécula. Dejarán de producirse en

Europa a finales del 2014 y a finales del 2029 en los otros países firmantes del Protocolo de Montreal,

aunque estas fechas pueden verse modificadas por decisión de los organismos competentes.

c) Hidrofluorocarbonados (HFC). Contienen H, F y C en su molécula. Son compuestos que no perjudican

la capa de ozono; poseen un Potencial de Agotamiento de Ozono nulo (ODP por sus siglas en inglés,

pero si contribuyen al calentamiento global.

d) Perfluorocarbonados (PFC). Sólo contienen F y C. El prefijo "per" hace referencia a que el compuesto

tiene el máximo número posible de átomos de flúor. Son compuestos que no perjudican la capa de

ozono, poseen un ODP nulo. Halones. Contienen H, Br, F y C en su molécula. Se denominan

hidrobromofluorocarbonados. Les afecta la misma prohibición que a los que contienen cloro en su

molécula. Derivados halogenados insaturados. Proceden de hidrocarburos insaturados por sustitución

parcial o total de los átomos de hidrógeno por átomos de F, Cl o Br. Un ejemplo de ellos es el R-1140 o

1- cloroeteno.

Mezclas azeotrópicas. Algunas veces se pueden obtener las propiedades deseadas para un tipo

determinado de instalación con un solo fluido frigorífico o refrigerante. Sin embargo, en otras ocasiones





50

debe recurrirse a mezclas para obtener un compendio ponderado de las propiedades necesarias. De

esta forma se puede conseguir la eliminación, o al menos la disminución, de aspectos negativos o

perjudiciales. Existen unas mezclas que funcionan como sustancias puras y tienen un punto de

ebullición constante; estas son las llamadas mezclas azeotrópicas. Entre este tipo de refrigerante se

menciona por ejemplo el R-500, el R-502 y el R-503.

Mezclas zeotrópicas. Las mezclas que no son azeotrópicas se llaman zeotrópicas y se caracterizan por

no tener constante la temperatura de ebullición a una presión determinada. Durante el cambio de estado

la temperatura no permanece constante, aumentando en la vaporización y disminuyendo en la

condensación. La diferencia de temperaturas entre la final y la inicial recibe el nombre de deslizamiento

y es un factor fundamental en la evaluación de estas mezclas. Interesa un deslizamiento corto. Si el

deslizamiento es menor de 1 °C la mezcla zeotrópica puede considerarse casi azeotrópica. Las mezclas

zeotrópicas que se consideran actualmente son el R-407A, el R-407B, el R-407C, el R-404A, el R-410A

y el R-410B. A veces a estos frigorígenos se les refiere como la gama de los cuatrocientos.

Hidrocarburos saturados. Algunos hidrocarburos saturados pueden utilizarse directamente como

refrigerantes, otros forman parte de mezclas que se han propuesto como sustitutos de los CFC y HCFC.

Por ejemplo el R-600, butano, es un componente minoritario del R-416A.Hidrocarburos insaturados. Al

igual que en los hidrocarburos saturados, algunos hidrocarburos insaturados pueden también utilizarse

como refrigerantes o formar parte de mezclas propuestas como sustitutos de los CFC y HCFC. Se

menciona por ejemplo el R-1270, o propileno, que es un componente minoritario del R-411B.

Compuestos orgánicos no alquílicos. Entre ellos están el éter etílico, la metil amina, el éter metílico y

algunos más que deben mencionarse debido a su utilización pionera, más que a su utilización actual

puesto que son inflamables y tóxicos.





51

Compuestos inorgánicos. Incluye gases simples como O2, N2 y otros, al igual que compuestos

inorgánicos como H2O, NH3, CO2 y otros. (LXIX)*

2.12 Ventajas y desventajas operacionales de algunos refrigerantes.

Refrigerante R-12 (CCl2F2). Es seguro, no tóxico, no inflamable y no explosivo. Es muy estable y no se

descompone aún bajo condiciones extremas de operación. Sin embargo si se pone en contacto con una

flama abierta se descompone en productos muy tóxicos. (LXX)*. Tiene presiones de condensación

moderadas bajo condiciones atmosféricas normales y una temperatura de ebullición de –29.4º C a la

presión atmosférica lo cual lo hace útil para todo tipo de aplicaciones. Por el deterioro de la capa de

ozono su uso ya no es permitido.

Refrigerante R-22 (CHClF2). Se desarrollo para aplicaciones de temperatura bajas, ya que tiene una

temperatura de ebullición de –40.8º C. Debido a que tiene un desplazamiento menor en el compresor se

utiliza muchas veces en lugar de R12.Presiones de operación mayores que para R-12 así como también

la temperatura de descarga del compresor. Por el deterioro de la capa de ozono su uso ya no es

permitido.(LXXI)*

Refrigerante R-114 (C2F4Cl2). Tiene un punto de ebullición de 3.56º C a condiciones atmosféricas,

bajas presiones de operación. Muy seguro y muy estable. Se usa generalmente con compresores

centrífugos en grandes instalaciones. Por el deterioro de la capa de ozono su uso ya no es permitido.

(LXXII)*

Refrigerante R-717 (NH3). Aunque el amoniaco es tóxico, inflamable y explosivo bajo ciertas

condiciones, sus propiedades térmicas lo hacen insustituible en plantas de hielo, plantas empacadoras y

grandes bodegas frigoríficas en donde se cuente con personal capacitado. El amoniaco tiene un punto

de ebullición a presión atmosférica de –33.34º C. Aunque el amoniaco no es corrosivo a todos los

metales comunes, en presencia de humedad corroe a los metales no ferrosos tales como el cobre y sus

aleaciones.(LXXIII)*





52

Refrigerante R-134a (C2H2F4). Este refrigerante es similar termodinámicamente al R-12 pero no

contiene cloro y por lo tanto no daña la capa de ozono. Su desventaja más evidente es su alto costo

comparado con el amoniaco. Los hidrocarburos propano (R-290) e isobutano (R-600a) han sido usados

y fuera del peligro de flamabilidad tienen excelentes propiedades que los hacen candidatos a sustituir a

los CFC. (LXXIV)*

2.13 Ciclo mecánico de refrigeración por compresión de vapores

La figura ilustra de manera esquemática los principales componentes de un sistema de refrigeración por

compresión de vapores. (LXXV)*.

Figura 2.5 Sistema mecánico por compresión de vapores





53

El refrigerante líquido a alta presión que proviene del condensador pasa a través de una válvula de

expansión donde disminuye su presión hasta el nivel de baja presión para entrar al evaporador donde

gana calor QEV a una temperatura TEV hasta evaporarse, el vapor de refrigerante a baja presión

entrará a un compresor donde se suministra trabajo mecánico para elevar su presión y su temperatura,

la descarga del compresor ingresa al condensador donde el vapor de refrigerante a alta presión y alta

temperatura perderá calor QCO a una temperatura TCO hasta condensarse para pasar nuevamente por

la válvula de expansión y repetir el ciclo, la figura describe el ciclo en un diagrama P-H. (LXXVI)*

Figura 2.6 Diagrama P-h del ciclo ideal de refrigeración por compresión mecánica de vapores

2.14 Ciclo de refrigeración por absorción

El refrigerante líquido a alta presión que proviene del condensador pasa a través de una válvula de

expansión la cual reduce su presión al nivel de baja presión para pasar por el evaporador donde gana

calor QEV a una temperatura TEV el vapor de baja presión resultante entra al absorbedor donde es

absorbido por una solución débil proveniente del generador a través de una válvula de expansión y

formando una solución fuerte, durante este proceso pierde una cantidad de calor QAB a una





54

temperatura TAB. La solución fuerte es bombeada al nivel de presión alto para entrar en el generador

donde el refrigerante será separado del absorbente al aplicar un calor QGE a una temperatura TGE, la

solución débil será enviada de regreso al absorbedor pasando por la válvula de expansión para

disminuir su presión al nivel bajo; por otro lado el gas refrigerante a presión y temperatura altas es

enviado al condensador donde perderá calor QCO a una temperatura TCO, el refrigerante al ser

condensado es enviado nuevamente a través de la válvula de expansión para hacer nuevamente el

ciclo. Los sistemas de absorción emplean energía calorífica para producir un, efecto de refrigeración.En

estos sistemas, el refrigerante, o sea el agua, absorbe el calor a baja temperatura y presión altas

durante la condensación. Una solución conocida como absorbente, esto es, el Bromuro de Litio (LiBr) es

utilizada para absorber el refrigerante evaporado tras su evaporación a baja presión. Esta solución, que

contiene el vapor absorbido, es calentada a una presión más elevada.

El refrigerante se evapora y se restablece la concentración original de la solución para utilizarla de

nuevo. En una máquina de doble efecto de absorción, parte del calor latente condensación de la

refrigerante se utiliza en un generador de segundo estadio con el fin de incrementar la eficiencia del

proceso. Se dice que el refrigerante ha completado el ciclo de refrigeración cuando ha pasado por una

secuencia de evaporación, absorción, presurización, vaporización, condensación y procesos de

compresión y expansión, absorbiendo calor de una fuente calorífica a baja temperatura y soltándolo en

un tanque de alta temperatura, de manera que se restablece su estado original.

Tanto en el sistema de enfriamiento por absorción como de compresión, están basados en cambios de

estado del agente frigorífico.

Ambos sistemas tienen condensador, vaporizador y el medio necesario para crear la presión necesaria

que motive la condensación tal como un compresor o una fuente que produzca calor.





55

Los sistemas de absorción emplean energía calorífica para producir un, efecto de refrigeración. En estos

sistemas, el refrigerante, o sea el agua, absorbe el calor a baja temperatura y presión altas durante la

condensación. (LXXVII)*

Figura 2.7 Ciclo de absorción

2.15 Principales mezclas utilizadas en sistemas de refrigeración por absorción.

Amoniaco-agua. Es el par más conocido, donde el amoniaco es el refrigerante y el agua es el

absorbente. Tiene gran variedad de aplicaciones desde refrigeradores comerciales hasta sistemas de

acondicionamiento de aire. La gran ventaja del amoniaco es su calor latente de vaporización alto y

valores grandes de entalpía por unidad de volumen, lo que permite hacer equipos compactos, aunque

como ya se describió anteriormente el amoniaco puede ser peligroso aun en esta mezcla si no se toman

las medidas de seguridad necesarias.





56

Figura 2.8 Sistema de refrigeración Amoniaco-agua

Agua-Bromuro de Litio. Tiene la tecnología más avanzada. El refrigerante es el agua y el absorbente el

bromuro de litio, el agua tiene el calor latente de vaporización más alto de todos los líquidos, una

temperatura crítica alta pero la desventaja de una presión de vapor relativamente baja por lo que se

necesitan equipos voluminosos.

El bromuro de litio solo es soluble en agua sobre un rango grande de concentraciones además de que

no es posible operar por debajo de 0º C y el bromuro de litio es muy corrosivo.





57

Agua-Sales inorgánicas. Se han propuesto una serie de absorbentes sustitutos del bromuro de litio

debido a su alto efecto corrosivo, pero hay poca disponibilidad y tienen un alto costo.

Algunas sales consideradas son el cloruro de calcio, cloruro de litio y el nitrato de litio. Las sales son

excelentes debido a que esencialmente no tienen presión de vapor, sin embargo solo son miscibles con

agua sobre un rango limitado de concentraciones.

Alcohol-Agua. Las soluciones de sales en metanol y etanol producen desviaciones negativas de la ley de

Raoult, se ha utilizado metanol-bromuro de litio.

Tiene la ventaja sobre el agua-bromuro de litio que puede operar por debajo de los 0º C. Sin embargo, el

metanol es tóxico, inflamable y presenta problemas de corrosión a altas temperaturas.

Amoniaco y Aminas-con sales. Algunas sales que se utilizan con el amoniaco son el tiocianato de sodio,

tiocianato de litio, nitrato de litio y cloruro de calcio.

Las aminas se han investigado como sustitutas del amoniaco, las aminas consideradas son la

metilamina, etilamina y dimetilamina.

Fluorocarbonos-líquidos orgánicos. Los fluorocarbonos utilizados en sistemas por compresión mecánica

de vapor son obviamente excelentes refrigerantes y se les ha estudiado para utilizarse en sistemas de

absorción. (LXXVIII)*

2.16 Ciclo de Carnot invertido

En el estudio de dispositivos cíclicos que operan con el propósito de eliminar calor en forma continua de





58

una fuente de temperatura baja, es útil recordar el ciclo de CARNOT invertido. Si observamos el

diagrama de un motor de CARNOT invertido que opera como bomba de calor o refrigerador; la cantidad

de calor QB se transfiere reversiblemente desde una fuente a temperatura baja TB, hacia el motor

térmico invertido.

Figura 2.9 Ciclo de Carnot invertido

Este último opera a través de un ciclo durante el cual se suministra el trabajo neto W al motor y la

cantidad de calor QA se transfiere en forma reversible a un sumidero a temperatura alta TA. Aplicando la

primera ley para un proceso cíclico cerrado, se tiene QB+W=QA. Según la segunda ley para un proceso

totalmente reversible, TA/TB=QA/QB. El motor térmico de CARNOT invertido es útil como estándar de

comparación ya que requiere del mínimo de trabaja para un efecto de refrigeración deseado entre dos

cuerpos dados de temperatura fija. En vez de la eficiencia térmica, que se toma como criterio en el

análisis de las máquinas térmicas, el estándar para la eficiencia de la energía en los procesos de

refrigeración es el coeficiente de operación. Un estándar de operación se define comúnmente como el

cociente de lo que se desea entre lo que debemos dar. El objetivo de un refrigerador es el extraer el

calor de una región que se halla a baja temperatura a fin de mantener esta en un valor deseado. Por

tanto el coeficiente de operación (COP) de un refrigerador se define como:





59

COPREFRIGERACION = QB / W IN (ec 1.)

Las áreas bajo las líneas de TA y TB en el diagrama TS representan a QA y QB, respectivamente así

para un refrigerador de CARNOT:

COPREFI CARNOT = TB / (TA-TB) (ec 2.)

Es de notar que el valor del COP puede ser mayor a uno, debe ser así en un aparato bien diseñado. Se

observa también que la variable principal que controla el COP de un refrigerador de CARNOT es la

diferencia de temperaturas TA-TB. En un motor térmico de CARNOT, el rendimiento se mejora

aumentando TA y disminuyendo TB, lo inverso es cierto para el refrigerador de CARNOT, en el sentido

que TA debe ser tan baja como sea posible y TB debe ser tan alta como se pueda. Sin embargo, TA no

puede ser menor que la temperatura del ambiente a la cual se expulsa el calor, y TB no puede ser mayor

que la temperatura de la región fría de la que se extrae calor. (LXXIX)*.

2.17 Sistemas de compresión de vapor en cascada y en etapas múltiples

Existen dos variaciones del ciclo básico de refrigeración por compresión de vapor. La primera es el ciclo

en cascada, el cual permite el empleo de un ciclo de compresión d vapor cuando la diferencia de

temperaturas entre el evaporador y el condensador es muy grande. La segunda variación incluye el uso

de compresión en tapas múltiples con interenfriamiento, lo que reduce el trabajo de compresión. (LXXX)*

2.17.1 Ciclo en cascada

Existe discusión acerca de los métodos para obtener temperaturas extremadamente bajas (criogénicas)

mediante una combinación de compresión de vapor y estrangulamiento. Esos métodos son valiosos e

indispensables para la licuefacción y solidificación de los gases. No obstante, existen aplicaciones

industriales que exigen temperaturas solo moderadamente bajas, por lo que se necesitan sistemas





60

menos complicados. Esto es especialmente cierto cuando se desean temperaturas en el intervalo de -25

a -75 ºC (-10 a -100 ºF). En general, por desgracia no es posible usar un solo ciclo de compresión de

vapor para obtener estas temperaturas moderadamente bajas. La diferencia de temperatura entre el

condensador y el evaporador es en este caso muy grande. En consecuencia, la variación de la

temperatura de saturación con respecto a la presión de vapor de un solo refrigerante no cumpliría con los

valores deseados par el evaporador y el condensador. Para superar esta dificultad sin abandonar la

compresión de vapor, emplea un sistema en cascada. Un ciclo en cascada es simplemente una

disposición en serie de ciclos simples de compresión de vapor, de tal manera que el condensador de un

ciclo a temperatura baja entregue calor al evaporador de un ciclo a temperatura superior. Normalmente

se utiliza un refrigerante distinto en cada uno de los ciclos, con el objeto de satisfacer los requisitos de

cada intervalo de temperatura y presión. Al elegir los dos refrigerantes en la figura 5, por ejemplo, es

importante que la temperatura del estado triple del fluido en el ciclo B sea menor que la temperatura

crítica del fluido en el ciclo A. A pesar de no ser la práctica común, como se hizo ya la observación, el

empleo del mismo refrigerante en cada ciclo permite examinar las virtudes de un sistema. En general los

gastos másicos de los refrigerantes en los dos ciclos no son los mismos, sean los refrigerantes iguales o

distintos. El gasto másico esta determinado por las toneladas de refrigeración requeridas en el

refrigerador del ciclo A. Además la rapidez de transferencia de calor desde el condensador del ciclo A

debe ser igual a la rapidez de transferencia de calor del fluido en el evaporador del ciclo B, si el

intercambiador de calor de todo el conjunto está bien aislado. Un balance de energía para el

intercambiador de calor que liga el condensador con el evaporador revela que por tanto, el cociente de

los gastos másicos en cada ciclo está determinado por los cambios de entalpía de cada fluido a su paso

por el intercambiador de calor. Si fuese posible emplear un solo ciclo de refrigeración en todo el intervalo

de temperaturas. El diagrama Ts hace evidente dos hechos importantes. En primer lugar, para el ciclo

único el trabajo del compresor aumenta en una cantidad igual al área, en comparación con el del sistema

en cascada. En segundo lugar, hay una disminución en la capacidad de refrigeración, cuando se utiliza

una sola unidad para el mismo gasto másico del evaporador de temperatura baja. Esta pérdida se





61

representa mediante un área en el diagrama Ts. Estos dos hechos darían por resultado un COP mayor

par el sistema en cascada en comparación con el del ciclo individual. (LXXXI)*.

Figura 2.10 Ciclo en cascada

2.18 Sistemas de refrigeración ambiental

Se utilizan para bajar la temperatura de los ambientes habitables. Puede hacerse con aparatos

unitarios (llamados de ventana) que sirven para un solo local, aparatos partidos (split), en los que hay

un aparato que contiene el compresor, el condensador y la válvula, y que se sitúa en un lugar donde el

ruido del compresor no moleste y pueda disipar fácilmente el calor, y otro, u otros, aparato/s con un

evaporador y un ventilador, situado en los locales a enfriar. (LXXXII)*.





62

2.19 Refrigeradores Eléctricos

En 1784 William Cullen construye la primera máquina para enfriar, pero hasta 1927 no se fabrican los

primeros refrigeradores domésticos (de General Electric). Cuatro años más tarde, Thomas Midgley

descubre el freón, que por sus propiedades ha sido desde entonces muy empleado en máquinas de

enfriamiento como equipos de aire acondicionado y refrigeradores, tanto a escala industrial como

doméstica. Sin embargo, estos compuestos también conocidos como clorofluorocarburos (CFC), se han

demostrado los principales causantes de la destrucción en la capa de ozono, produciendo el agujero

detectado en la Antártida, por lo que en 1987 se firma el Protocolo de Montreal para restringir el uso de

estos compuestos.

Características: Pueden tener un solo compartimento, que puede ser de refrigeración o congelación, o

puede tener los dos. Los frigoríficos con dos compartimentos fueron introducidos al público por General

Electric en 1939. Algunos refrigeradores están divididos en cuatro zonas para el almacenamiento de

diferentes tipos de comida:

**** -30°C ó -22°F (congelador, para congelar)

*** -20ºC ó -4ºF (congelador, mantener)

** 0°C ó 32°F frigorífico (carnes)

* 4°C ó 40°F (frigorífico)

10°C ó 50°F (vegetales y otros productos varios)

La capacidad del refrigerador se acostumbra a medir en litros.

Las posibilidades de los refrigeradores más recientes se han ampliado notablemente; pueden tener:

Una pantalla de cristal líquido que sugiere qué tipos de comida deberían almacenarse a qué

temperaturas y la fecha de expiración de los productos almacenados.





63

Indicador de las condiciones del filtro que sugiere cuándo es tiempo de cambiarlo.

Una advertencia de apagón, alertando al usuario sobre el apagón, usualmente al parpadear la

pantalla que muestra la temperatura. Puede mostrar la temperatura máxima alcanzada durante el

apagón, junto con información sobre si la comida congelada se descongeló o si puede traer

bacterias dañinas.

El reciclado de los refrigeradores viejos ha sido una preocupación ecológica; originalmente por el

congelante de freón que dañaba la atmósfera en caso de fuga, pero más tarde por la destrucción

del aislamiento CFC. Los refrigeradores modernos usan un refrigerante llamado HFC-134a 1,2,2,2-

tetrafluoretano) en lugar del freón, que no daña al ozono.

Un frigorífico o cámara frigorífica es una instalación industrial estatal o privada en la cual se sacrifican

animales de granja para su posterior procesamiento (despostado), almacenamiento y comercialización

como carne u otra clase de productos de origen animal.

La localización, operación y los procesos utilizados varían de acuerdo a una serie de factores tales como

la proximidad del productor, la logística, la salud pública y hasta preceptos religiosos. Más

recientemente, se llevaron a cabo distintas medidas en pro de los derechos de los animales con el

objeto de hacer modificaciones para disminuir la crueldad hacia el animal. Los problemas de

contaminación por desechos también deben ser evitados a través de un correcto planeamiento y

equipamientos adecuados. (LXXXIII)*.

2.20 Métodos de enfriamiento

Los métodos más antiguos para enfriar son la evaporación, como en el caso del botijo (proceso

adiabático); o la utilización del hielo o la nieve naturales. Para la preparación de refrescos o agua fría, se

bajaba nieve de las montañas cercanas (a menudo por las noches) que se guardaba en pozos y, en las

casas, en armarios aislados, que por esa razón se llamaban neveras.





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Más tarde se consiguió el enfriamiento artificial mediante los métodos de compresión y de absorción.

El método por compresión es el más utilizado, sin embargo el método por absorción solo se suele utilizar

cuando hay una fuente de calor residual o barato como en la trigeneración.

Otros métodos son mediante un par termoeléctrico que genera una diferencia de temperatura; mediante

una sustancia fría, como antiguamente el hielo y hoy en día la criogenia, con nitrógeno líquido o mezcla

de sustancias, como sal común y hielo.

Otra posibilidad, aún en investigación y sin aplicación comercial, es utilizar el efecto magnetocalórico.

Al igual que se puede aprovechar diferencias de temperatura para producir calor, para crear diferencias

de calor, se requiere energía. A veces se llama refrigeración simplemente a mejorar la disipación de

calor, como en la refrigeración de los motores térmicos, o simplemente la ventilación forzada para

sustituir aire caliente por aire más fresco. (LXXXIV)*.

2.21Sistemas de refrigeración indirecta

Hay dos motivos para utilizar un sistema de refrigeración indirecto. El primero, la cantidad de refrigerante

que se puede mantener a un mínimo. El segundo, el riesgo de fuga del refrigerante de primario se ve

reducido. Esto significa que los refrigerantes no deseados en los sistemas de edificios públicos (por

ejemplo, el amoníaco) aún se pueden utilizar en el sistema primario, que se puede mantener en una sala

sellada segura. Utilizar un CBE como evaporador y condensador en un sistema de refrigeración dará

como resultado el sistema de refrigeración más eficaz y compacto disponible. El uso de fluidos

secundarios (agua o salmuera) como portadores para el frío y el calor hará que el tamaño del sistema y

la carga de refrigerante se reduzcan a un mínimo absoluto. No se necesita un condensador volumétrico

de serpentín adyacente al sistema refrigerante, lo que reduce el problema del ruido. En su lugar, el fluido

secundario se puede desviar fácilmente del sistema y enfriar a una distancia conveniente en un enfriador

en seco. Además, se evita el problema de transportar refrigerante durante una larga distancia. Un buen

ejemplo de sistemas de refrigeración indirectos se ve en un supermercado. Todo el efecto refrigerante





65

requerido se produce en la sala de máquinas, lejos de las vitrinas, lo que proporciona una alta

flexibilidad y un menor riesgo de fugas. Un sistema de recuperación de calor, situado también en la sala

de máquinas, proporciona calor para el supermercado cuando lo necesita.

Figura 2.11 Sistema de refrigeración indirecto

Como se menciona en la sección sobre sistemas de refrigeración, el uso de intercambiadores de calor

de doble circuito, como los modelos SWEP True Dual (Duales verdaderos de SWEP), resulta ventajoso,

ya que los circuitos de refrigeración independientes aumentan la seguridad y disponibilidad de la

refrigeración. Este aspecto puede ser importante para los supermercados, por ejemplo, donde el valor

total de los alimentos refrigerados o congelados podría alcanzar niveles significativos. En el caso de un

sistema de refrigeración indirecto. (LXXXV)*.

2.22 Sistemas de refrigeración directo

Sistema de refrigeración sin circuitos auxiliares, estando el evaporador del circuito primario directamente

en contacto con el medio a enfriar o a acondicionar.





66

En un sistema directo hay un solo intercambiador de calor donde el refrigerante enfría el fluido del

proceso. Es decir, es el sistema en donde esta colocado el evaporador precisamente en el espacio o

cuerpo a enfriar. (LXXXVI)*

Figura 2.12 Sistema de refrigeración directo

Algunas características importantes de este proceso son:

• Mayor eficiencia energética.

• Menores pérdidas.

• Instalación más sencilla y económica




CAPITULO III

ANÁLISIS DEL

PROYECTO




CAPITULO 3 ANALISIS DEL PROYECTO

68

3.1 Síntesis del proyecto

En este proyecto se desarrolla el cálculo de un espacio frio para refrigerar camarón que estará ubicado

en la ciudad de Campeche, Campeche.

Hasta ahora hemos descrito los conceptos básicos de la termodinámica y los sistemas de refrigeración,

así como los refrigerantes que podemos utilizar para llevar a cabo el proyecto.

Es así, que, para este tercer capítulo entramos a la realización de la memoria de calculo que nos

permitirá hacer una muy buena selección de equipos que nos permitirán operar el producto de una

manera eficiente, económica y segura.

3.2 Condiciones de diseño

Lugar: Campeche, Campeche

Dimensiones de la cámara (espacio frio):

Largo: 5.6 m = 18.37 ft

Ancho: 4.5 m = 14.76 ft

Alto: 2.4 m = 7.87 ft

Temperaturas exteriores:

TEXT VER = 29.6 OC = 85.28 OF

TROCIO = 21 OC = 69.8 OF

Altitud = Nivel del mar

Humedad relativa = 78%

Aislamiento térmico: Paneles de poliuretano





69

Producto: camarón congelado

Cantidad de producto = 500 kg/sem

Temperatura de entrada del producto a la cámara = 2 oC =35.6 oF

Temperatura de almacenamiento = -23.33 oC = -10 oF

Temperatura de congelación del camarón = -2.22 oC = 28 oF

Calor especifico arriba del punto de congelación CpA: 0.83 Btu/lb °F

Calor especifico abajo del punto de congelación CpB: 0.45 Btu/lb °F

Calor latente de fusión HL FUSIÓN: 119 Btu/lb

Capacidad de almacenaje = 2000 kg = 4409.24 lb

Flujo diario de producto = 83.33 kg/hr = 183.7185 lb/hr

Tiempo de trabajo para abatir la carga térmica = 24 hr

Numero de personas que trabajan dentro de la cámara = 3

ECPP = 1400 BTU/ hr

Motor eléctrico dentro de la cámara = 1 motores de 0.999 hp (746 Watts c/u)

Capacidad de la lámpara = 200 Watts

Volumen de almacenamiento = 60.48 m3 = 2133.88 ft3





70

3.3 Calculo de la carga térmica

Para poder determinar la capacidad del equipo que se necesita se debe realizar un balance térmico, que

consiste en los cálculos que se realizan con el objeto de conocer la cantidad de calor que se debe

absorber de la sustancia, cuerpo o espacio en el evaporador para que baje su temperatura en ciertas

condiciones especificas.

Debido a la constitución y manejo de la sustancia o producto, el calor que hay que eliminarle a este se

ve incrementado por otra serie de factores que en algunas ocasiones resultan incluso más altos que el

propio calor del producto o sustancia.

El objeto del balance térmico es identificar estas cantidades de energía, determinarlas y finalmente

analizarlas con el objeto de bajar su valor a una mínima expresión.

En general se puede decir que se refiere a las siguientes cargas térmicas:

I. Carga térmica generada por la transmisión a través de paredes.

II. Carga térmica generada por el producto.

III. Carga térmica generada por alumbrado y equipo.

IV. Carga térmica generada por infiltraciones.

V. Carga térmica generada por ocupantes.

VI. Carga térmica generada por efecto solar.

3.3.1 Carga térmica generada por la transmisión de calor a través de paredes

Este concepto se calcula con la expresión general:

Q = AU∆T Btu/HR





71

En el caso particular de la refrigeración, las paredes deben de llevar una capa de aislante térmico de 2 a

3 plg. De espesor, la cual puede ser de corcho, paja de vidrio, poliuretano aspirado, etc. De muy bajo

coeficiente de conductividad térmica.

Todo elemento que separa dos masas de fluidos a diferentes temperaturas esta sujeto a un paso de

calor que va desde el más caliente hacia él mas frío, y si el medio que los separa es de material

homogéneo, la temperatura va descendiendo en el interior de dicho elemento, según una recta como la

mostrada en el dibujo siguiente.

La cantidad de calor que fluye a través de una pared de espesor “e” se calcula de la siguiente manera:

Q =eA

(T1 – T2) K (Btu/HR)

En donde:

Q = Cantidad de calor transmitido. (Btu/hr.)

A = Área de transmisión. (ft2)

e = Espesor de la pared.





72

Btuft2 °F hr

T1 y T2 = Temperatura a ambos lados de la pared. (°F)

K = Coeficiente específico de conductividad térmica del material que constituye la pared.

Por definición el coeficiente de conductividad térmica específico es numéricamente igual a la cantidad de

calor que pasa por una placa del material considerado de l ft2 de sección por l pulg. De espesor cuando

hay 1°F de diferencia entre sus dos caras o superficies en 1 hr.

Con este conocimiento se podrá calcular la cantidad de calor que fluye a través de paredes o barreras

compuestas de un solo material.

3.3.2 Conductancia de la capa superficial del aire

La transferencia de calor a través de cualquier material esta relacionada con la resistencia superficial del

aire al flujo de calor y esta se determina según el tipo de superficie (rugosa o lisa), según su posición

(horizontal o vertical) y por la intensidad de flujo de aire sobre la superficie. La conductancia de la capa

superficial del aire se designa normalmente con la letra minúscula f2 para superficies interiores y con f1

para superficies exteriores. Se expresa en el sistema métrico en:

Kcal

m2 °C hr

Y en el sistema inglés en:

Btu plg

ft2 °F hr





73

Resulta bastante aproximado para la mayoría de los cálculos tomar el valor de: fa = 1.65, que es para

paredes interiores casi sin movimiento de aire, y f1 = 6 para paredes exteriores expuestas a vientos con

una velocidad de hasta 24 Km./hr. =15 millas/hr., o en su defecto calcular dicha conductancia con las

siguientes expresiones:

f = 1.6 + 0.3V (para paredes muy lisas)

f = 2.0 + 0.4V (para paredes medianamente rugosas)

f = 2.1 + 0.5V (para paredes rugosas)

Donde:

V = velocidad del viento. [Millas/hr]

3.3.3 Carga térmica que se transmite a través de una pared compuesta de varios materiales





74

(T1 – T2) =

23

3

2

2

1

1

1

11fk

eke

ke

fAQ

3.3.4 Coeficiente de conductividad térmica total (equivalente o global)

La siguiente expresión permite el cálculo de la cantidad de calor que se transmite a través de una pared

compuesta de dos o más materiales y que separan a dos fluidos que se encuentran a diferente

temperatura.

Q = A (T1 –T2) U [Btu/hr]

23

3

2

2

1

1

1

111

fke

ke

ke

f

U

Donde:

Q = Calor transferido [Btu/hr] o [kCal/hr]

A = Área expuesta al flujo de calor [m2] o [ft2]

U = Coeficiente de conductividad térmica total, equivalente o global

q1

A f1q1 = A f1 (T1 – T3) = (T1 – T3) =

q2 e1

A k1q2 = (T3 – T4) K1 = (T3 – T4) =A

e1

q3 e2

A k2q3 = (T4 – T5) K2 = (T4 – T5) =A

e2

q4 e3

A k3q4 = (T5 – T6) K3 = (T5 – T6) =A

e3q5

A f2q5 = A f2 (T6 – T2) = (T6 – T2) =





75

∆T = Diferencia de temperaturas entre el lado exterior y el lado interior del espacio refrigerado. [°C] ó

[°F].

3.3.5 Valores del coeficiente especifico de conductividad térmica para diferentes materiales

de construcción

Se han llevado a cabo extensos ensayos por muchos laboratorios para determinar con exactitud los

valores de transferencia de calor a través de todos los materiales de construcción. Ciertos materiales

poseen una elevada resistencia al flujo de calor (una baja conductividad térmica) y se emplean, por

consiguiente, como aislantes. Existen tipos de aislantes, tales como: fibra de vidrio, corcho y los nuevos

materiales de espuma.

La mayoría de los buenos materiales aislantes poseen una conductividad térmica de k = 0.25 o menores,

y los aislantes rígidos de espuma han llegado a factores de conductividad térmica de k = 0.22 a 0.11

3.3.6 Carga térmica generada por producto

Las frutas, los vegetales o cualquier producto desprenden determinadas cantidades de calor durante su

vida, las cuales se encuentran en las tablas correspondientes; además al introducirlas a un espacio

refrigerado se encuentran a la temperatura ambiente o más elevada, por lo cual hay que abatir su

temperatura al valor necesario para su conservación.

La extracción del calor de un producto o sustancia depende de la presión y la temperatura.

Como ya se mencionó anteriormente, uno de los elementos más importantes del balance térmico es la

carga térmica generada por el producto.

BtuFt2 °F hr

okCal

m2 °Chr





76

Al producto es a quien se le debe de retirar calor principalmente para que una determinada sustancia o

espacio se mantenga dentro de ciertas condiciones de temperatura y humedad.

El producto puede ser, no solamente la sustancia que hay que conservar, sino también algunos otros

materiales que complementen la función de contener o manejar el producto.

Para poder calcular la cantidad de calor es necesario conocer la temperatura a la que se quiera

mantener el producto o espacio y el proceso o la condición de trabajo que se busca; entonces para

determinar la carga del producto se siguen los siguientes pasos:

Tipo de proceso a realizar (enfriamiento, refrigeración, congelación, criogenia)

Tipo de calor a eliminar (este puede ser sensible o latente o la combinación de ambos.)

Calor sensible

Es la cantidad de calor que hay que eliminar para bajar la temperatura de un producto sin cambiarlo de

estado físico. La ecuación para determinar este calor es la siguiente:

qA = (m) (C A) (∆T)

qB = (m) (C B) (∆T)

1

2





77

Donde:

qA = Es la cantidad de calor sensible que hay que eliminar al producto arriba del punto de

congelación (Btu).

qB = Es la cantidad de calor sensible que hay que eliminarle al producto abajo del punto de

congelación (Btu).

m = Cantidad de masa del producto. (lb)

CA = Calor específico arriba del punto de congelación. (Btu / lb °F).

CB = Calor especifico abajo del punto de congelación. (Btu / lb °F).

∆T = Diferencia de temperaturas entre la temperatura inicial del producto hasta la temperatura final.

(°F).

Calor latente

Es la cantidad de calor que se necesita para que el producto pase a su punto de congelación, por

ejemplo, en los líquidos este se convierte en un cambio de estado físico (se hace sólido).

La ecuación que define al calor latente es:

qL = m HL

12T

Q





78

Donde:

qL = Calor latente de fusión o cambio de estado (Btu)

m = Cantidad de masa del producto para el cambio de estado (Ib)

HL = Calor latente de fusión del producto (Btu/Ib)

Existen ocasiones en donde se necesita eliminar calor sensible y calor latente al mismo tiempo, por lo

que de esta combinación el resultado será de acuerdo con la siguiente ecuación:

-QTOT = -qsA + (-qL ) + (-qsB )

La representación gráfica del proceso se observa en la siguiente figura:

(Evolución del proceso de extracción de calor desde la temperatura ambiente hasta la congelación).

Trabajo total

Es la cantidad de calor que hay que eliminar a un producto para llevarlo de las condiciones iniciales del

proceso (cualquiera que sea) hasta la temperatura a la cual se desea llevar al final del mismo.

Para conocer este trabajo se debe dividir el valor de la carga térmica del producto entre el tiempo en que

se desea que se lleve a cabo el proceso en su totalidad.

2

T

qsB

qL qsA

Q

1

Temperatura de congelación





79

Trabajo secundario

Es la cantidad de calor que hay que eliminar para que el equipo tenga tiempo de descanso y pueda

ahorrar energía al momento en que mantiene las condiciones interiores requeridas por el proceso.

3.3.7 Carga generada por alumbrado y equipo

En los sistemas de refrigeración existen equipos eléctricos de alumbrado que ceden energía calorífica al

medio enfriado en el momento de operar. La cantidad de calor que estos ceden se obtiene directamente

de la potencia eléctrica con la potencia térmica, esto es:

1watt = 3.415 Btu / hr

Todos los sistemas de iluminación, ya sean incandescentes o fluorescentes, básicamente transforman la

energía eléctrica que reciben para su operación en calor, el cual se desprende en su totalidad y se disipa

en el interior del espacio que se desea refrigerar, por lo tanto, el siguiente modelo matemático nos

permite calcular la ganancia de calor generado por alumbrado y equipo.

Qalumbrado = No. de lámparas (Watts de c/lámpara) (3.415) [Btu / hr]

Todas las máquinas son accionadas por motores eléctricos que emplean parte de su energía consumida

en vencer rozamientos que a su vez se transforman en calor, por lo tanto, todas las máquinas trasforman

la energía eléctrica total, que toman de la línea de alimentación, en calor.

El calor cedido al espacio con motores y sus máquinas conducidas afectan a dicho medio de tres

formas:

1ª Si el motor y la máquina accionada por él se encuentran en el interior del espacio enfriado, el calor

cedido será igual al de la expresión siguiente:





80

Qequipo =

(746) (3.415) (Btu / hr)

2ª Si el motor está fuera del espacio y la máquina accionada por él esta en el interior del espacio, el

calor desarrollado está dado por:

Qequipo = (N) (746) (3.415) (Btu / hr)

3ª Si el motor está dentro del espacio y la máquina accionada por él esta fuera, el calor desarrollado está

dado por:

Qequipo =

(746)(3.415) (Btu / hr)

Donde:

N = Potencia del motor eléctrico (HP)

η = Rendimiento del motor eléctrico (%)

746 = Factor de conversión de HP a Watts.

3.415 = Factor de conversión de Watts a Btu / hr.

Para propósitos especiales dentro de las cámaras de refrigeración podemos incluir los equipos de

Deshielo. En estos, casos se recomienda hacer su conversión a Watts y de este a unidades de calor.

Por ejemplo consideremos un equipo de deshielo que trabaja a 300 W de potencia y durante 15 minutos.

La cantidad de calor que este cederá será de:

Qequipo = (300) (3.415) (15/60) = 256.125 Btu/Hr.

Q AyE = QA + QE [Btu/Hr]





81

3.3.8 Carga térmica generada por infiltración

El concepto de infiltración representa una cadencia o transmisión de calor originado por la entrada de

aire exterior (a la temperatura del medio ambiente) al interior del espacio refrigerado. Esta carga térmica

es ocasionada a la hora, en el momento en que se abren las puertas, las ventanas o cualquier otro

medio que comunique al exterior, así como por un mal sellado entre esta y los marcos o paredes que los

soportan.

El procedimiento del cálculo se basa en la consideración de que el aire en el interior del espacio se

cambiara un determinado número de veces por hora, a esto se le llama número de cambios de aire (CA)

y de preferencia se maneja en un intervalo de 1 hr. El número de cambios esta en función directa del

volumen total del espacio refrigerado por lo tanto distinguiremos dos grupos:

Espacios con volúmenes altos (mas de 200 pies cúbicos).

Espacios con volúmenes bajos (menos de 200 pies cúbicos).

Cuando se trata de volúmenes bajos, la cantidad de calor por este concepto se determina de la siguiente

manera:

a) Por apertura de puertas.

Para congeladores o diseños más bajos a esta condición se consideran 2.1 C.A.

Para refrigeradores o instalaciones equivalentes con temperaturas iguales o superiores a la de

refrigeración, se consideran 4.2 C.A.

b) Por infiltración.

Para esta situación se considera al espacio enfriado o la instalación bajo los siguientes aspectos:

Si tiene un lado expuesto el medio ambiente se considera 1 C.A.

Si tiene dos lados expuestos al medio ambiente se consideran 1.5 CA.

Si tiene tres lados expuestos al medio ambiente se consideran 2 C.A.





82

Pesado (x 2)

Prolongado x (0.6)

[ft3/hr]

Si tiene cuatro lados expuestos al medio ambiente se consideran 2.5 CA.

Para el caso de volúmenes altos las infiltraciones y apertura de puertas se dan en un solo valor de

acuerdo con la tabla 8 del apéndice.

Si se tienen instalaciones de uso pesado se debe multiplicar el valor de los cambios de aire por 2. Para

el caso del almacenamiento con uso prolongado el valor del cambio de aire se debe multiplicar por 0.6.

Independientemente de que se trate de volúmenes altos o bajos una vez que conocemos el valor de los

cambios de aire debemos conocer la cantidad de aire que se tiene que cambiar por hora, es decir:

Vinfiltrado = (Vespacio o instalación) (C.A./hr) (USO)

El calor a eliminar en el aire se obtendrá a partir de la carta psicrométrica. La diferencia de calor entrelos puntos de alta y baja temperatura nos dará el calor necesario para su enfriamiento.

hrBtuHU

VQ T

iltradoaire /int

int

inf.int

hrBtuHU

VQ Text

ext

iltradoextaire /inf

.

Entonces:

Qinfiltrado = Qext - Qint





83

3.3.9 Carga térmica generada por ocupantes

El cuerpo humano al desarrollar cualquier actividad esta desprendiendo calor, aún cuando no realiceactividad alguna. El simple hecho de que su organismo trabaje para mantenerlo vivo es suficiente paraque se libere calor. La energía calorífica cedida por los ocupantes está en función directa de la actividadque desarrolle en el interior del espacio. La tabla 17 (en el apéndice) proporciona los datos para unacondición de trabajo equivalente a un trabajo rudo desarrollado en el interior del espacio, esto equivale acaminar a 2 millas/hr o a un baile ligero.

Los valores que se muestran como equivalentes de calor por persona (ECPP) es la suma del calorsensible más su correspondiente calor latente.

Para calcular la carga térmica cedida por los ocupantes basta con identificar el equivalente de calor porpersona en la tabla correspondiente de acuerdo con la temperatura interior del espacio y a este valormultiplicarlo por el número de ocupantes, esto es:

Qocupantes = No. ocupantes x (ECPP) [Btu/hr]

3.3.10 Carga térmica generada por efecto solar

Este cálculo se debe a la incidencia de los rayos solares y se calcula exclusivamente para las paredes osuperficies afectadas en la hora crítica y únicamente en verano. Los rayos solares al incidir sobre losmuros, techos, etc. De un espacio determinado originan el calentamiento de estos, lo cual implica elpaso de calor al interior del espacio. El efecto solar está determinado por las siguientes características:

Rugosidad en la superficie en la que incide.El ángulo de incidencia e intensidad de los rayos solares.La constante proporcional del color de la superficie.

Las características anteriores afectan la refracción de la radiación solar, lo cual puede ocasionar unaumento de la ganancia de calor en el interior del espacio por este concepto. Un ejemplo sería que lasáreas afectadas estuvieran pintadas con colores obscuros.

Para el cálculo de la ganancia de calor por este concepto se requiere, fundamentalmente, conocer laintensidad de la radiación solar, la cual varía con la situación geográfica y la altura sobre el nivel del mar,dependiendo además de las características anteriormente señaladas. Cuando se desconoce uno ovarios de estos factores la ganancia por efecto solar se puede calcular suponiendo que el medio





84

ambiente exterior tiene una temperatura superior a la real y se puede calcular con la expresiónmatemática general de la transmisión de calor:

Qefecto solar = AU∆T [Btu/hr]

Donde:

A = Área afectada por los rayos solares [ ft2]

U = Coeficiente global de transferencia de calor [ Btu/ ( hr °F ft2 ) ]

∆T = Temperatura corregida para efecto salar.

Para obtener el valor del incremento de temperatura consultar la tabla siguiente:

TIPO DE SUPERFICIE INCREMENTO °F

Muros claros al oriente 15

Muros claros al poniente 30

Muros claros al sur 20

Ventanas al oriente 25

Ventanas al poniente 40

Ventanas al sur 30

Techos horizontales claros 45

Tragaluces horizontales 60

NOTA: Los valores anteriores corresponden a climas templados. Para lugares extremosos aumentar de20 a 30% de los valores tabulados y para colores obscuros de 15 a 25%.





85

2

T

qsB qL qsA

Q

135.6

28

-10

3.4 Método de Cálculo

Calculo de la carga térmica generada por producto

El producto que se desea conservar es camarón fresco; los valores de las características de este

producto las podemos encontrar en las tablas correspondientes. Por ejemplo, a pesar de recibir el

camarón fresco, los datos que debemos considerar son los de camarón congelado, ya que la condición

final es la temperatura de congelación del mismo. De este modo y de las tablas correspondientes

obtenemos:

a) Producto: Camarón fresco.

b) TCONGELACIÓN: 28 °F.

c) TALMACENAMIENTO: -10 °F.

d) CpA: 0.83 Btu/lb °F.

e) CpB: 0.45 Btu/lb °F.

f) HL FUSIÓN: 119 Btu/lb.

g) Tiempo de almacenamiento: 6 meses.

h) m =4409.2452 lb

i) Tiempo=24 hrs.





86

Para abatir la carga térmica se toma el valor de la capacidad de almacenaje entre el tiempo de

trabajo:

hrlbhr

lbm /7185.18324

2425.4409

.

La diferencia de temperatura:

∆T = Talmacenamiento – Tentrada

∆T = -10 °F – 35.6 °F = -45.6 34°F

Sustituyendo valores en los modelos matemáticos correspondientes para calor sensible y calor latente:

qsA = ( )̇(CespA)(∆T)

qsA = ( hrlb /7185.183 )(0.83 Btu/lb °F)( 28 °F – 35.6 °F)

qsA = -1158.8962 BTU/hr

qsB = ( )̇(CespB)(∆T)

qsB = ( hrlb /7185.183 )(0.45 Btu/lb °F)( -10 °F – 28 °F)

qsB = - 3141.5863 BTU/hr

qL FUS = ( )̇ ( HL )

qL FUS = ( hrlb /7185.183 )( 119 Btu/lb )

qL FUS = 21862.5015 BTU/hr

Q prod. = qsA + qL FUS + qsB = (-1158.8962)+(-3141.5863)+21862.5015

Q prod. = 17562.019 BTU/hr = 4425.2775 Kcal/hr





87

Calculo de la carga térmica generada a través de paredes





88

La cámara dimensionada quedara como en la figura siguiente:

Tipo de muro Área (pie²) U (Btu/hrºFpie²) ΔT (ºF) Q (BTU/hr)

Paredes 456.6845 0.02585 95.28 1124.8084

Puerta 26.3995 0.02686 95.28 67.5621

Piso 271.2505 0.02667 37.64 272.2969

Techo 271.2505 0.02656 95.28 684.8858

Qt = 2149.5532





89

Vista superior de la cámara





90

Corte longitudinal de la cámara





91

Áreas de las paredes

Área de paredes excluyendo la puerta

Aparedes= 2(2.4mx5.6m)+ 2 (4.5mx2m) – 2.4526m2 = 42.4273 m22

128.3

mpies

= 456.6845 pie2

Área de la puerta

²3995.26128.3

²4526.22

piem

piemApuerta

Área del piso

²2505.271128.3

²2.25)5.46.5(2

piem

piemmmxApiso

Área de techo

²2505.271128.3

²2.25)5.46.5(2

piem

piemmmxAtecho

Calculando las variaciones de temperaturas:

FFFpromTextTsueloT

FFFTreqTextTº64.37º64.47º28.85

º28.95)º10(º28.85





92

Cálculo del coeficiente de película f para las paredes y el techo

Vext = 14hrkm

kmmilla

6093.11

hrmillas

6991.8

Tenemos que: la velocidad interior de la cámara es 0 y la velocidad exterior de la cámara es de

hrmillas6991.8

Para encontrar el coeficiente f para paredes lisas utilizamos la siguiente expresión matemática:

f1= 1.6 +0. 3 vext

f2 = 2.0 +0.3 v int

Donde: f1 y f2 son películas exterior e interior de la paredhrFft

tu

2

Sustituyendo en la fórmula

f1 = 1.6 + 0.3 (hr

millas6991.8 ) = 4.2097

hrFfttu

2





93

f2 = 1.6 + 0.3 (hr

millas0 ) = 1.6hrFft

tu

2

Ahora bien para el cálculo de U para paredes:

²º02585.0

6.11

11.04

55.5

4.05

2097.41

1

21

22

11

11

1

FpiehrBTU

U

U

fke

ke

f

U

Cálculo de U para piso:

f1=0; f2=1.6

21

22

11

11

1

fke

ke

f

U =

6.11

11.04

126

01

1²º

02667.0pieFhr

BTU

Material e (pulg) ( −° − −ℎ)Película impermeable 0.5 1.4Ladrillo común 5.5 5Loza de concreto (techo) 5 12Loza de concreto (piso) 6 12Poliuretano 4 0.11Acero galvanizado 0.04 350





94

Cálculo de U para puerta:

f1=4.2097; f2 =1.6

21

22

11

11

1

fke

ke

f

U =

6.11

11.04)

35004.0(2

2097.41

1²º

02686.0pieFhr

BTU

Cálculo de U para techo:

f1=4.2097; f2 =1.6

21

22

11

11

1

fke

ke

f

U

6.11

11.04

125

2097.41

1²º

02656.0pieFhr

BTU

Calculando q puerta, q piso, q techo, q paredes:

Q = AU∆T [Btu/hr]

Q porconcepto

Área ( pie2 )U (

²º pieFhrBTU

)

T ( Fº ) Qganado Btu/hr

Paredes 456.6845 0.02585 (85.28-(-10)= 95.28 1124.8084

Piso 271.2502 0.02667 (85.28-(37.64)= 47.64 272.2969

Puerta 26.3995 0.02686 (85.28-(-10)= 95.28 67.5621

Techo 271.2502 0.2656 (85.28-(-10)= 95.28 684.8858

Qtotal proceso = Qparedes + Qpiso. + Qpuerta+ Q techo.

Qtotal proceso = ( 1124.8084 Btu/hr ) + (272.2969 Btu/hr ) + (67.5621 Btu/hr) + (684.8858 Btu/hr)

Qtotal proceso = 2149.5532 BTU/hr = 541.6444 Kcal/hr





95

Calculo de la carga térmica generada por alumbrado y equipo

Para el calculo por alumbrado y equipo consideramos 10 lámparas de 200 watts, ya que los ocupantesnecesitaran una buena visibilidad para el acomodo y distribución del producto en los diferentes estantes.

Recordando que; 1watt = 3.415 Btu / hr

Q alumbrado = No. de lámparas (Watts de c/lámpara) (3.415) [Btu / hr]

Q alumbrado = 5 (200) (3.415) [Btu / hr]

Q alumbrado = 3415 Btu / hr = 860.5117 Kcal/hr

Se cuenta con 2 motores de la cámara y su potencia de cada uno es de 0.9996HP

Para efecto de este cálculo tendremos en rendimiento mecánico del 75% el cual no lo proporciona elfabricante.

1ª Si el motor y la máquina accionada por él se encuentran en el interior del espacio enfriado, el calorcedido será igual al de la expresión siguiente:

Q equipo =

(746) (3.415 BTU/hr

Q equipo =

75.019996.0 x

(746) (3.415) =3383.1995 BTU/hr = 852.4986 Kcal/hr

Calculo de la carga térmica generada por infiltración

Para calcular este concepto de ganancia de calor para nuestro espacio es necesario conocer nuestro

volumen de la instalación que es de 60.48 m3 pero transformandolo a Sistema Ingles tenemos:

VTotal =60.48m3 = 2135.8310 ft3.





96

Ahora necesitamos sacar los cambios de aire a los que estará sujeto nuestro espacio esto en por lapsos

de 1hr.de igual manera se tomara en cuenta que nuestro espacio estará sujeto a uso prolongado

tenemos que los cambios de aire serán:

CA/hr. = 11.6892CA/ 24 hr. = 0.4870 CA/ hr.

Teniendo los anteriores datos podemos sacar el flujo volumétrico que habrá en nuestro espacio.

V inf. = (CA/hr) (Vol. de la instalación) (USO) [ft3/hr

V inf. = (0.4870) (2135.8310) (0.6) = 624.089 ft3/hr.

El calor a eliminar en el aire se obtendrá a partir de la carta psicométrica. La diferencia de calor entre los

puntos de alta y baja temperatura nos dará el calor necesario para su enfriamiento.

Teniendo como datos de tablas las condiciones psicométricas del estado de Campeche, Campeche

tendremos el calor en el exterior de nuestro espacio por refrigerar.

Datos: Text = 29.6°C = 85.28°F, HT = 43.3 BTU/ lb, %HR = 78 % y intU = 14.1875ft2/ hr

Qaire ext. = hrBtuHU

VextT

exte

iltrado /inf

Qaire ext. = hrBtu /7086.19043.431875.14

089.624

Y teniendo para nuestro interior una temperatura requerida de -10 °F y con un 90% de HR. encontramos

en nuestra carta psicométrica los siguientes valores.

HT = -2 BTU/ lb. y intU = 11.2307 ft2/ hr.

Con los anteriores datos podemos determinar el calor en el interior de nuestro espacio.





97

Qaire int. = hrBtuHU

VT

iltrado /int

int

inf

Qaire int. = hrBtu /1398.11122307.11

089.624

Entonces:

Q infiltrado = Q ext - Qi nt

Q infiltrado = 1904.7086 - (-111.1398) = 2015.8484 Btu/hr.= 507.9534 Kcal/h

Calculo de la carga térmica generada por ocupantes

Para el calculo de la carga por ocupantes consideramos en forma constante 3 personas, las

cuales estarán realizando un trabajo dentro de la cámara. De la tabla de calor disipado por

personas dentro del espacio refrigerado, obtenemos el valor de 1400 BTU/hr ya que la

temperatura de la cámara para nuestro caso es de -10 oF

Q ocupantes = No. ocupantes x (ECPP) [Btu/hr]

Q ocupantes = 3 x (1400) [Btu/hr]

Q ocupantes= 4 200 BTU/ hr = 1058.316 Kcal/hr





98

Calculo de la carga térmica generada por efecto solar

La carga por efecto solar será O, debido a que la cámara frigorífica estará dentro de una nave industrial.

Por lo tanto, la ganancia de calor total será:

Calor ganado (BTU/hr) (Kcal/hr)

Calor por producto 17562.019 4425.275

Calor a través de paredes 2149.5532 541.6444

Calor por ocupantes 4 200 1058.316

Calor por infiltración 2 015.84 507.9513

Calor por alumbrado y equipo 6798.1995 1713.0103

Carga térmica por radiación solar 0 0

Calor total ganado 32725.6117 8246.1996




CAPITULO IV

CÁLCULO YSELECCIÓN DE

EQUIPO




CAPITULO 4 CÁLCULO Y SELECCIÓN DE EQUIPO

100

4.1 Cálculo de un sistema por compresión de vapores

Para nuestro estudio y para efectos prácticos se analizará el sistema de refrigeración por compresión de

vapores. Este sistema consiste básicamente de cinco equipos indispensables para obtener un ciclo

termodinámico cerrado y varios equipos auxiliares sin ser absolutamente necesarios. La figura siguiente

representa el diagrama de flujo de todos los componentes del sistema, así como también ilustra el

proceso de condensación y el reciclado total de la sustancia ‘de trabajo, llamado refrigerante; también

establece el diagrama de flujo de todos los componentes.

Compresor

Válvula deExpansión

CondensadorEvaporador

Liq. Refrigerante de B.P.

Temperaturade diseño

Vapor Refrigerante de B.P. Vapor Refrigerante de A.P.

Liq. Refrigerante de A.P.

Zona de baja presión Zona de alta presión

+ Q -Q

Figura 4.1 Sistema de refrigeración por compresión de vapores





101

El siguiente diagrama muestra el recorrido que realiza el refrigerante a través del sistema.

1-2 Evaporador.

2-3 Compresor.

3-4 Condensador.

4-1 Válvula de Expansión

Figura 4.2 Diagrama del recorrido del refrigerante a través del sistema

A continuación se describen cada uno de los componentes del sistema:

1. Válvula De Expansión: es un dispositivo de diseño especial que dosifica y controla automáticamente

el flujo del refrigerante en la línea del líquido al evaporador. Esta válvula recibe el refrigerante líquido de

alta presión y suministra refrigerante líquido a baja presión. Estas válvulas son específicas para cada

uno de los refrigerantes empleados.





102

2. Serpentín: la forma y modelo del serpentín dependen del tipo de enfriamiento deseado, ya que en su

interior circula el refrigerante el cual mediante la absorción del calor del medio que lo rodea se

transforma del estado líquido al estado de vapor, designándosele, a este dispositivo, con el nombre de

evaporador.

3. Compresor: este compresor puede ser del tipo reciprocante, centrífugo o rotatorio, el cual tiene por

objetivo elevar la temperatura del gas refrigerante a un valor tal que su punto de condensación sea

superior a la temperatura de los medios disponibles para que se realice la condensación.

La construcción y aplicación destinado a trasformar el vapor refrigerante de alta presión, que

proporciona el compresor, en líquido refrigerante a la misma presión, mediante el contacto con aire o

agua del medio ambiente. Al igual que los otros instrumentos también existen diferentes tipos de

condensadores.

4. Condensador: consta de un serpentín destinado a transformar el vapor refrigerante de alta presión,

que proporciona el compresor, en líquido refrigerante a la misma presión, mediante el contacto con aire

o del medio ambiente. Al igual que los otros instrumentos también existen diferentes tipos de

condensadores.

5. Filtro Deshidratador: la función de este dispositivo es filtrar las partículas extrañas y absorber la

humedad, ya que esta perjudica mucho a cualquier sistema de refrigeración; de hecho dicha humedad

se considera el enemigo número uno.

Además de estos elementos necesarios se requiere de un fluido de trabajo llamado refrigerante que va a

circular por el sistema y cuya característica básica es tener punto de ebullición a presión normal inferior

a los 32 °F (O °C).

Los elementos auxiliares que se requieren en estos sistemas son:

Separadores de aceite.

Indicadores de fluido.





103

Manómetros.

Sensores electrónicos.

Termómetros.

Válvulas para seccionamiento.

Controles para protección de equipo.

Los siguientes pasos pueden hacer más comprensibles el ciclo y el flujo del refrigerante.

Por aspecto práctico el ciclo del refrigerante empieza en el orificio del dispositivo de control.

El líquido a alta temperatura y a alta presión reduce estos parámetros cuando entra en la

válvula de expansión (dispositivo de control).

El dispositivo de control gobierna el flujo del refrigerante y separa el lado de alta del lado de

baja presión del sistema.

El refrigerante se evapora al absorber calor en el evaporador.

La capacidad de evaporación se controla con el compresor.

El vapor refrigerante sale del evaporador con un sobrecalentamiento de aproximadamente 10

°F, esto es, 10 °F más que la temperatura de evaporación.

El compresor aumenta la temperatura del vapor hasta superar la del medio de condensación,

de manera que el calor se transmita al medio (aire o agua), por lo cual el vapor se condensa y

queda en su forma líquida para volver a usarse.

4.2 Trazo del diagrama presión – entalpia (diagrama de mollier)

Un ingeniero en diseño revisa cuidadosamente los datos del refrigerante en forma de tablas y gráficas

antes de seleccionarlo para una instalación determinada. Esta información puede presentarse

gráficamente en forma de diagramas que son conocidos como Diagrama de Mollier o P - H. En ellos se





104

graficará la presión absoluta y la entalpía principalmente. Estos diagramas son fáciles de entender y

sirven como una herramienta valiosa para analizar y comprender el funcionamiento de un sistema de

refrigeración.

El ingeniero en diseño debe utilizar el diagrama de mollier para graficar los ciclos de refrigeración, sirve

además para detectar problemas prácticos en la operación de un sistema. El diagrama representa al

refrigerante. Es una representación gráfica de los datos contenidos en las tablas termodinámicas. El

diagrama muestra los tres estados físicos diferentes. Las líneas de frontera convergen al aumentar la

presión y linealmente se juntan en un punto crítico, el cual representa la condición límite para la

existencia de refrigerante líquido. A temperaturas mayores que la crítica el refrigerante puede existir

solamente en forma gaseosa.

Figura 4.3 Diagrama de líquidos y vapores Ciclo Rankine





105

4.3 Propiedades del refrigerante

En el diagrama completo aparecen 5 propiedades básicas del refrigerante las cuales son:

1.- PRESIÓN: Las líneas de presión constante corren en forma horizontal a través del diagrama. La

escala de presión no está graduada en intervalos constantes sino que sigue una escala logarítmica, lo

cual permite un amplio rango de cobertura en un diagrama de tamaño razonable.

2.- ENTALPÍA: Las líneas de entalpía constante son verticales. En un proceso de flujo constante, tal

como sucede en un ciclo refrigerante, la entalpía representa el contenido de energía calorífica por cada

libra de refrigerante.

Los cambios de entalpía entre los puntos de un proceso son muy importantes.

3.-TEMPERATURA: Por lo general las líneas de temperatura constante corren en dirección vertical en

las zonas de vapor sobrecalentado y de líquido subenfriado. En la zona de mezcla siguen una dirección

horizontal entre las líneas de saturación.

El diagrama, normalmente simplificado incluye líneas de temperatura solamente en la zona de

sobrecalentamiento. En la zona mixta se muestran los puntos de intersección con las líneas de

saturación.

4.- VOLUMEN ESPECÍFICO: Las líneas de volumen específico se extienden desde la línea de vapor

saturado hacia la zona de vapor sobrecalentado y forman un pequeño ángulo con la horizontal.

5.- ENTROPÍA: Las líneas de entropía constante se extienden también desde la línea de vapor saturado

hacia la zona de vapor sobrecalentado y forman un cierto ángulo con la línea de vapor saturado.

Estas líneas aparecen solamente en la zona de sobrecalentamiento porque es donde ordinariamente se

requieren los datos de entropía, la cual está relacionada con la disponibilidad de energía.

Los cambios en la entropía, más que sus valores absolutos, son de interés para el ingeniero.





106

Figura 4.4 Diagrama Presión Entalpia

El ciclo completo de refrigeración representa la historia de una libra de refrigerante fluyendo una vez a

través del sistema. Con este diagrama se simplifica grandemente el trabajo de calcular los

requerimientos para el ciclo termodinámico. Conociendo simplemente las temperaturas de condensación

y de evaporación podemos representar en el diagrama de Mollier el ciclo de refrigeración completo. En el

propio diagrama se pueden leer los valores para cada una de las propiedades del refrigerante en forma

directa. Los cambios de esos valores o magnitudes pueden seguirse a través de cada proceso. Con el

trazo adecuado del ciclo se podrán establecer, calcular y conocer los siguientes parámetros:

Niveles de presión.

Relación de compresión.

Efecto neto de refrigeración.

Velocidad de flujo o flujo másico.

Potencia del compresor.

Coeficiente de rendimiento.

Temperatura de descarga del compresor.

Volumen desplazado por el compresor.

Desprendimiento de calor en el condensador.





107

4.4 Rendimiento volumétrico del compresor utilizando R22 y amoniaco

RC(R-22)

ηv

NH3

ηv

2.0 77.5 85.25

2.2 76.9 84.59

2.4 76.2 83.82

2.6 75.3 82.83

2.8 74.5 81.95

3.0 73.1 80.40

3.2 72.9 80.19

3.4 72.0 79.20

3.6 71.3 78.43

3.8 70.4 77.99

4.0 69.6 76.56

4.2 69.8 75.68

4.4 68.0 74.80

4.6 67.2 73.92





108

4.8 66.4 73.04

5.0 65.5 72.05

5.2 64.8 71.28

5.4 64.0 70.40

5.6 63.3 69.63

5.8 62.5 68.75

6.0 61.9 68.09

6.2 61.1 67.21

6.4 60.3 66.33

6.6 59.5 65.45

6.8 58.7 64.57

7.0 57.9 63.69

Figura 4.1 Rendimiento volumétrico del compresor para R-22 y Amoniaco

NOTA.- Los valores anteriores corresponden a compresores manejando refrigerante 22. Cuando se

maneja amoniaco debe aumentarse el 10% del valor tabulado.





109

Cálculo del rendimiento volumétrico

Podemos definir al rendimiento volumétrico como el cociente que resulta de dividir al volumen de

refrigerante producido en el evaporador entre el desplazamiento del compresor.

compresor.delentoDesplazamievaporadorelenproducidoterefrigerandeVolumenV

Teóricamente el desplazamiento del compresor debe ser igual al volumen producido en el evaporador,

pero como existen efectos prácticos que afectan dicho volumen, estos originan que el desplazamiento

de la máquina deba ser mayor que el volumen de vapor producido en el evaporador.

Por lo tanto para la determinación de este rendimiento se hacen pruebas prácticas en función de las

presiones de trabajo y con ellas se determina el rendimiento.

Cálculo del efecto de refrigeración o efecto neto de refrigeración (ER)

Se le llama “efecto de refrigeración a la cantidad de calor que puede absorber una libra de refrigerante al

circular por el evaporador hasta convertirse en vapor seco saturado.

La línea de evaporación representa la porción del ciclo que es útil para la refrigeración. El cambio de

entalpía a lo largo de esta línea representa la cantidad de enfriamiento por libra.

Para nuestro ejemplo la entalpía aumenta desde 31.10, al comenzar la evaporación, hasta 76.20 al

finalizar. Por lo tanto la variación de entalpía o efecto refrigerante será:

ER = ∆h = h2 – h1

Este valor nos indica el calor que puede absorber cada libra de refrigerante para este ciclo.





110

Cálculo de la velocidad de flujo del refrigerante o flujo másico. (WR)

Cuando se conoce el ER, puede determinarse el flujo másico para manejar cualquier carga térmica.

Como sabemos que cada libra de refrigerante proporciona una cantidad de Btu de enfriamiento, el

cálculo de este concepto será de:

ER

TRWR 200

Cálculo de la potencia del compresor (Pc)

La energía térmica ganada por el refrigerante durante la compresión, está representada por el cambio de

entalpía a lo largo del proceso de compresión.

Para nuestro ejemplo a medida que se comprime el refrigerante, la entalpía se incrementa, hay una

ganancia en Btu por cada libra de refrigerante que circula. Esto representa el trabajo hecho por el

compresor sobre el refrigerante. La potencia de la máquina se expresa en caballos de fuerza (HP). Los

Btu/min, que se generan en el compresor, pueden convertirse en HP utilizando el siguiente factor:

k = 0.02357 HP/(Btu/min.)

Para calcular la potencia del compresor se procede a utilizar el siguiente modelo matemático:

Pc =∆hcomp(WR)(k) [HP]

Cálculo del coeficiente de rendimiento (CR).

En refrigeración se usa este término para expresar la relación de la refrigeración útil con la energía

aplicada en la compresión.

Para nuestro ejemplo esta relación se calcula de la siguiente manera:





111

comphERCR

Cálculo de la temperatura de descarga del compresor.

La temperatura de descarga de la máquina se lee directamente en el diagrama de Mollier y al final de la

línea de compresión.

Cálculo del desplazamiento del compresor o volumen desplazado (Vd.)

El volumen específico de vapor al Comienzo de la compresión puede leerse en el diagrama de Mollier.

Para nuestro caso es aproximadamente de 2 ft3/lb Por lo tanto, para nuestro sistema de refrigeración, en

el que circulan 4.43 Ib/min. de refrigerante, el desplazamiento volumétrico de la máquina se calculará

con la siguiente expresión:

min3ftVWVdV

succR

Cálculo del calor desprendido en el condensador.

El cambio de entalpía durante el proceso de condensación refleja los requerimientos de transmisión de

calor en el condensador. La entalpía total disminuye de:

∆H = hf - hi = h4 – h3

Establecimiento de las condiciones de trabajo

Para determinar las condiciones de trabajo de un sistema de refrigeración se procede de la forma

siguiente:





112

a) Para determinar la temperatura de succión se fija la temperatura que se requiere mantener en el

cuerpo, espacio, etc. y se considera que el refrigerante debe de estar a menor temperatura a efecto que

exista transmisión de calor; por lo tanto la temperatura de succión (Tsucc) será de 8 a 10 °F abajo de la

temperatura requerida (Treq).

Figura 4.5 Diagrama del condensador

a) Si el sistema de refrigeración va a emplear aire ambiente para realizar la condensación del

refrigerante el punto de condensación de dicho refrigerante deberá ser a 15°F arriba de la

temperatura de bulbo seco del aire ambiente disponible para realizar la condensación.





113

Figura 4.6 Diagrama del evaporador

b) Si la condensación del refrigerante se va a efectuar por medio de agua y esta a su vez es enfriada

por aire ambiente, la temperatura de descarga será de 40 °F sobre la temperatura de bulbo

húmedo del aire ambiente considerándose que el agua a su paso por una torre de enfriamiento

saldrá a 10 °F sobre la temperatura de bulbo húmedo, a su paso por el condensador se elevara 20

°F (o 10 °F según el diseño) y a la salida del mismo aun debe estar 10°F arriba del punto de

condensación del refrigerante.





114

Figura 4.7 Diagrama de una torre de enfriamiento

F40TT teaireambienBHdes

4.5 Refrigerante

Es cualquier sustancia capaz de absorber calor de otra para nuestro estudio trataremos

aquellas que se puedan adaptar a la refrigeraci6n mecánica.

Sabemos que el refrigerante sufre transformaciones de líquido a gas y de gas a líquido. Por lo tanto se

requiere que estas transformaciones se realicen a la temperatura adecuada para los diferentes servicios

y a la presi6n conveniente y apropiada a la economía, diseño, construcci6n y operación de los equipos;

además también se debe tomar en cuenta factores como son:

Aire

AmbienteCondensador

TdesTsuc

Torre de enfriamiento

Agua a 90°FRef.

Vap.

Ref.

Liq.

Agua a110°F

TBS

TBH

%HR





115

Propiedades termodinámicas

Químicas

De seguridad

Económicas

El punto de ebullición de un refrigerante a presión atmosférica es básico al escoger el equipo

requerido y al tipo de servicio para el que se va a usar.

4.6 Temperatura y presión de condensación del Amoniaco y R22

La siguiente tabla muestra las características de la presión de condensación de los principales

refrigerantes, con la cual se pueden determinar las siguientes conclusiones:

REFRIGERANTE

PUNTO DEEBULLICION A LA

PRESIONATMOSFERICA (OF)

PRESION DEEVAPORACION A 5 OF

(psi)

PRESION DECONDENSACION A 86 OF

RELACION DECOMPRESION

Amoniaco (R-717)

-28 34.27 169.2 4.94

Bióxido de carbono(Hielo seco)

-109 332 1045.7 3.15

Etano -127.5 236 675.8 2.87

R-12 -21.6 26.51 107.4 4.08

R-21 +48 5.24 31.23 5.97





116

R-22 -41.4 43 174.5 4.06

R-113 +117.6 0.982 7.85 8.02

Di cloro metano +105.2 1.15 10.5 4.58

Bióxido de azufre +14 11.81 66.4 5.63

Tabla 4.2 Temperatura y presión de condensación del Amoniaco y R22

4.7 Relación de compresión

Para elegir un refrigerante idóneo es muy importante obtener relaciones de compresión

Adecuadas. Se sabe que con altas relaciones de compresión, la potencia requerida por el

compresor es muy grande, por lo que la temperatura de evaporación y de condensación se

debe establecer con un criterio técnico eficiente, como se estudió anteriormente.

4.8 Selección del R22 para el proyecto

Utilizaremos en R22 debido a que las características que posee lo hacen el más idóneo para su

Utilización en el sistema de refrigeración por compresión de vapores. En la tabla anterior vemos que su

Punto de ebullición es -41-4ºF y relación de compresión de 4.06, que es muy cercano al valor obtenido.

Otra de las razones por las que utilizaremos R22 es que equipos de refrigeración (condensadores y

Evaporadores) son fabricados mas usualmente para la utilización del R22. No daña los sistemas de

Tuberías como el Amoniaco.

Otra particularidad de los equipos que usan R22 son más pequeños en comparación con los equipos





117

que utilizan amoniaco, en donde vemos que su constitución es muy robusta y por tanto encarece el

proyecto.

En caso de fuga, el R22 presenta una menor inflamabilidad en comparación el Amoniaco.

Se muestra la gráfica de presión y temperatura para varios refrigerantes comunes. Para nuestro caso,

podemos ver el R22 y compararla con el Amoniaco.

Esta gráfica es valiosa, para dar una imagen global de las relaciones de presión y temperatura de

saturación, pero dependiendo del tamaño de la escala, va a ser la precisión de la lectura de los valores.

Por lo tanto, algunas veces, estos valores se dan en forma de tabla, las cuales pueden dar presiones

cada grado o cada 2 grados centígrados para las temperaturas de evaporación comunes. También, para

temperaturas de evaporación menos comunes o temperaturas de condensación, se dan presiones cada

5°C. También hay disponibles tablas que, además de la presión y temperatura, dan otra información, tal

como el volumen de líquido y vapor, calor y otros.

Estas tablas se verán más adelante en este mismo capítulo. En la escala vertical se tiene la presión en

kilo pascales (o en psig), y en la escala horizontal se tiene la temperatura en grados centígrados (o en

grados farenheit). Cualquier punto sobre la curva, representa el punto de ebullición del refrigerante.

Cada punto también se puede llamar "punto de condensación". La razón es que, cualquier mezcla de

líquido y vapor a la temperatura y presión de saturación, puede estar en cualquiera de las tres etapas.





118

Figura 4.8 Diagrama presión-temperatura para diferentes refrigerantes

Así pues, vemos que necesariamente, en el manejo del R22, el volumen desplazado en el compresor es

mucho menor que en el caso del amoniaco.

Aunque el amoniaco no es corrosivo a todos los metales comunes, en presencia de humedad corroe a

los metales no ferrosos tales como el cobre y sus aleaciones. No podemos utilizar este refrigerante

porque las tuberías que utilizaremos para el sistema son de cobre. Para el R22 no tenemos este

problema. A continuación haremos los cálculos correspondientes al R22 y Amoniaco para demostrar lo

que en este apartado mencionamos.





119

El sistema de refrigeración va a emplear aire ambiente para realizar la condensación del refrigerante el

punto de condensación de dicho refrigerante deberá ser a 15°F arriba de la temperatura de bulbo seco

del aire ambiente disponible para realizar la condensación.

Figura 4.9 Sistema de refrigeración enfriado por aire

En nuestro utilizaremos un sistema indirecto, esto significa que nuestro refrigerante primario

será el R22. Nuestro refrigerante secundario será entonces el aire que entrara a -20ºF que es la

temperatura requerida o de diseño para la conservación del camarón sin afectar sus

propiedades alimenticias.

4.9 Cálculo de los 11 parámetros para el amoniaco.

Mediante el diagrama de Mollier se simplifica el trabajo de calcular los requerimientos para el ciclo

Termodinámico.

Con el trazo adecuado del ciclo, se podrá establecer, calcular y conocer los siguientes parámetros:

1. Niveles de presión. (NP)





120

2. Relación de compresión. (Rc)

3. Rendimiento volumétrico ( )

4. Efecto neto de refrigeración. (ER)

5. Velocidad de flujo o flujo másico ( )̇

6. Potencia del compresor (Pc)

7. Coeficiente de rendimiento. (Cr)

8. Temperatura de descarga del compresor. (Tdesc)

9. Desplazamiento del compresor. (Vd)

10. Calor desprendido en el condensador (Qc)

11. Revoluciones por minuto (rpm)

De nuestra cámara de refrigeración tenemos que:

Capacidad= 32725.6117 BTU/hr )12000

1(*

hrBTU

TR= 2.7271 TR

Refrigerante= Amoniaco

T requerida= -10° F

T exterior = 85.28 °F

Calculando la temperatura de succión y de descarga por medio de los siguientes modelos matemáticos,

para así poder obtener la temperatura de condensación, y los parámetros antes mencionados:

a) Para los niveles de presión lo obtenemos con las temperaturas correspondientes.

(Ver anexo del diagrama de mollier para NH3 en Unidades del Sistema Ingles y SI)

TSUCCION= TREQ- (8 a 10) °F

TSUCCION= -10-°F (- 10) °F= -20°F ()





121

TDESCARGA= TBH+ (10 a 15)°F (El sistema será enfriado por aire ya que es de baja capacidad)

TDESCARGA= 85.28°F+ 15°F=100.28°F

Figura 4.10 Diagrama Presión-Entalpia para el amoniaco

Los resultados obtenidos en el diagrama de amoniaco son:

Baja presión= 18 psi

Alta presión=50 psi

b) Cálculo de la relación de compresión.

Este parámetro es, como su nombre lo indica una relación que existe entre el valor de alta presión y baja

presión, los cuales se leen en el diagrama de Mollier.

Este parámetro nos sirve para hacer una buena selección de nuestro compresor.

Por lo tanto nuestro compresor debe tener capacidad para comprimir al vapor con una relación de 7 a 1

aproximadamente, y en función de esta RC se determina, por medio de una tabla, el rendimiento





122

volumétrico de la máquina; parámetro que también es muy importante calcular o determinar.

La formula a utilizar es: RC =AP /BP

RC = 50/18 = 2.77 =2.8

Rendimiento Volumétrico (Conseguido de tablas)

NV=81.95%

c) Cálculo del efecto refrigerante.

(Ver anexo del diagrama de mollier para NH3 en Unidades del Sistema Ingles y SI)

Se le llama “efecto de refrigeración a la cantidad de calor que puede absorber una libra de refrigerante al

circular por el evaporador hasta convertirse en vapor seco saturado.

La línea de evaporación representa la porción del ciclo que es útil para la refrigeración. El cambio de

entalpía a lo largo de esta línea representa la cantidad de enfriamiento por libra.

ER = ∆h = h2 – h1

ER = ∆h = h2 – h1 = 205 –(-330) = 535 Btu/lb.

d) Cálculo de la velocidad de flujo del refrigerante o flujo másico. (WR)

Cuando se conoce el ER, puede determinarse el flujo másico para manejar cualquier carga térmica.

Para nuestro ejemplo supongamos que necesitamos 1 ton. de refrigeración como capacidad del sistema

(1 TR = 12000 Btu/hr. = 200 Btu/min.)

Como sabemos que cada libra de refrigerante proporciona 45.10 Btu de enfriamiento, el cálculo de este

concepto será de:

.]min/[

10.451200200

lbER

TRWR





123

.min/019.1535

1200535

7271.2200 lbWR = 61.16 lb/hr = 27.74 Kg/hr

e) Cálculo de la potencia del compresor (Pc)

La energía térmica ganada por el refrigerante durante la compresión, está representada por el cambio de

entalpía a lo largo del proceso de compresión.

La potencia de la máquina se expresa en caballos de fuerza (HP). Los Btu/min, que se generan en el

compresor, pueden convertirse en HP utilizando el siguiente factor: k = 0.02357 HP/(Btu/min.)

Para calcular la potencia del compresor se procede a utilizar el siguiente modelo matemático:

Pc =∆hcomp(WR)(k) [HP] *∆hcomp= (h3-h2)

Pc = (1.019)(263.3-205)(0.02357) =1.400 HP

f) Cálculo del coeficiente de rendimiento (CR).

En refrigeración se usa este término para expresar la relación de la refrigeración útil con la energía

aplicada en la compresión. Para nuestro ejemplo esta relación se calcula de la siguiente manera:

ChERCR

*∆hC=(h3-h2) Para nuestro caso:

17.93.58

535CR

g) Cálculo de la temperatura de descarga del compresor.

La temperatura de descarga de la máquina se lee directamente en el diagrama de Mollier y al final de la

línea de compresión.

h) Cálculo del desplazamiento del compresor o volumen desplazado (Vd.)





124

El volumen específico de vapor al Comienzo de la compresión puede leerse en el diagrama de Mollier.

Para nuestro caso es aproximadamente de 15 ft3/lb Por lo tanto, para nuestro sistema de refrigeración,

en el que circulan 1.019 Ib/min. de refrigerante, el desplazamiento volumétrico de la máquina se calculará

con la siguiente expresión:

min3ft

VWVd

V

succR

min62.188195.0

15019.1 3ftVd

i) Cálculo del calor desprendido en el condensador.

El cambio de entalpía durante el proceso de condensación refleja los requerimientos de transmisión de

calor en el condensador. La entalpía total disminuye de:

∆H = hf - hi = h4 – h3

∆HT = -330-263.3 = -593.3 Btu/lb.

QT= (WR)( (∆HT)= (1.019)(593.3)=604.572 BTU/min =36274.362 BTU/hr

QT= 36274.362/12000=3.022 TR.

4.9 Cálculo de los 11 parámetros para el R22

Mediante el diagrama de Mollier se simplifica el trabajo de calcular los requerimientos para el ciclo

Termodinámico.

Con el trazo adecuado del ciclo, se podrá establecer, calcular y conocer los siguientes parámetros:

1. Niveles de presión. (NP)





125

2. Relación de compresión. (Rc)

3. Rendimiento volumétrico ( )

4. Efecto neto de refrigeración. (ER)

5. Velocidad de flujo o flujo másico ( )̇

6. Potencia del compresor (Pc)

7. Coeficiente de rendimiento. (Cr)

8. Temperatura de descarga del compresor. (Tdesc)

9. Desplazamiento del compresor. (Vd)

10. Calor desprendido en el condensador (Qc)

De nuestra cámara de refrigeración tenemos que:

Capacidad= 32725.6117 BTU/hr )12000

1(*

hrBTU

TR= 2.7271 TR

Refrigerante= R22

T requerida= -10° F

T exterior = 85.28 °F

Calculando la temperatura de succión y de descarga por medio de los siguientes modelos matemáticos,

para así poder obtener la temperatura de condensación, y los parámetros antes mencionados:


(Ver anexo del diagrama de mollier para R22 en Unidades del Sistema Ingles y SI)


TSUCCION= -10-°F (- 10) °F= -20°F ()





126


TDESCARGA= 85.28°F+ 15°F=100.28°F

Figura 4.11 Diagrama Presión-Entalpia para el R-22

Los resultados obtenidos en el diagrama de R22 son:


(Ver anexo del diagrama de mollier para R22 en Unidades del Sistema Ingles y SI)


TSUCCION= -10-°F (- 10) °F= -20°F


TDESCARGA= 85.28°F+ 15°F=100.28°F





127

Figura 4.12 Diagrama Presión-Entalpia para el R-22

Los resultados obtenidos en el diagrama del R22 son:

Alta presión 100 lb. /pulg2

Baja presión 25 lb. /pulg2

b) Cálculo de la relación de compresión.

Rc= BpAp

25

1004

** De tablas y con la relación de presión de 4 encontramos un rendimiento volumétrico de 69.60%

c) Cálculo del efecto refrigerante.

Ahora calcularemos el efecto refrigerante (ER) con base a las entalpías tomadas del diagrama de

Mollie

ER= h2– h1 = 102 - 25 = 77 BTU/ lb

d) Cálculo de la velocidad de flujo del refrigerante o flujo másico. (WR)





128

wR =ER

TR)(200=

77)72.2(200

= 7.0649 lb. /min

e) Cálculo de la potencia del compresor (Pc)

Con las entalpías de los puntos 3 y 2 del diagrama de Mollier si como con la velocidad de flujo del

refrigerante y la constante k= 0.02357 como factor de conversión para Hp.

Pc = ∆hc (wR)k= (118 - 102)7.0649(0.02357) = 2.6643 Hp.

f) Cálculo del coeficiente de rendimiento (CR).

Con el efecto refrigerante y las entalpías de los puntos 3 y 4 que nos arroja el diagrama de Moliere

calculamos el coeficiente de rendimiento (CR).

CR = AhcER

102)-(118

774.8125

g) Cálculo de la temperatura de descarga del compresor.

Tdescarga = TBS + (10 a 15 °F)

Tdescarga = 85.28 + (15 °F) = 100.28 °F

h) Cálculo del desplazamiento del compresor o volumen desplazado (Vd.)

min3ft

VWVd

V

succR

min31.20

6960.020694.7 3ftVd

i) Cálculo del calor desprendido en el condensador.

Qc= wR ∆hc =7.0649 (25 - 118) = -657.0357BTU/min.

= -39422.142 BTU/hr.





129

= -3.2851 TR

4.10 Selección de equipos

Sabemos que nuestro sistema de refrigeración se encuentra integrado por diversos componentes y

equipos, de tal forma que el sistema funcione correctamente con una buena eficiencia considerando

obviamente el menor costo. Con la seguridad de que el equipo no sufrirá daño alguno.

También es sabido que los componentes más importantes de nuestro sistema e indispensables para que

el sistema de refrigeración trabaje son: el evaporador, el condensador, el compresor y la válvula de

expansión (regulador de flujo).

Estos componentes junto con tuberías y el refrigerante en circulación, el sistema funciona y trabaja. Los

accesorios como su nombre lo indican son dispositivos secundarios que servirán para controlar, proteger,

supervisar y mejorar algún componente del sistema.





130

4.10 Tabla comparativa de resultados para amoniaco y R-22

Ref

rig

era

nte

Niv

eles

de

pre

sión

(psi

)

Rel

ació

nd

e

com

pre

sión

Efe

cto

Ref

rig

eran

te

(Btu

/lb)

Vel

oci

dad

de

flujo

(kg

/hr)

Pot

enci

ade

l

com

pre

sor

(HP

)

Coe

fici

ente

de

Ren

dim

ient

o

Vo

lum

en

Des

plaz

ado

(ft3

/min

)

Qd

esp

ren

dido

en

elco

nden

sad

or

(TR

)

Bp Ap

NH3 18 50 2.8 535 27.74 1.4 9.17 18.62 3.022

R-22 25 100 4 77 7.0649 2.6643 4.8125 20.31 3.2851

Tabla 4.3 Tabla comparativa de resultados entre Amoniaco y R22

4.12 Selección del equipo llamado evaporador

Primeramente debemos de seleccionar este equipo ya que es el primer dato que obtenemos en nuestro

cálculo del balance térmico con la suma de todos los conceptos ya analizados con anterioridad.

Para seleccionar dichas unidades debemos de tomar en cuenta los siguientes puntos:

*Carga térmica

*Temperatura de diseño

*Temperatura de succión de la maquina

*Tipo de refrigerante

La carga térmica que obtuvimos fue de 32725.611 Btu/hr





131

Tipo refrigerante a emplear es: R-22

Tipo de deshielo: Aire

Temperatura de succión: -10°F (- 10) °F= -20°F

Con estas condiciones dadas en un principio enseguida ingresamos a los catálogos de diversos

fabricantes y proveedores.

Con los diferentes catálogos que de estos proveedores y fabricantes el que escogimos fue el de “Bhon”

ya que es una de las marcas reconocidas dentro de la rama de refrigeración y aire acondicionado.(ver

anexo). Por lo tanto El modelo que escogimos fue: ADT-370, el cual tiene una capacidad de 37000

Btu/hr





132

Nuestra demanda es de 32725.61 Btu/hr, escogimos este porque es el que más se acerca al valor

requerido y porque como se puede ver en la tabla de selección el modelo anterior no daba la capacidad

que necesitamos.

Además debemos recordar que en todo proceso, sistema tiene que haber un factor de seguridad.

Selección del equipo llamado (unidad condensadora)

El segundo paso de esta selección de equipos será escoger nuestro condensador que nos proporcione la

demanda requerida.

Recordemos que se le llama unidad condensadora al conjunto formado por la línea de descarga, el

compresor, el condensador y en algunas ocasiones también por el recibidor.

Este arreglo tiene como función recibir refrigerante que viene del evaporador el cual llega en forma de

vapor y entra al compresor, donde cambia de estado (de vapor a líquido), enseguida pasa al

condensador

Para seleccionar este tipo de unidades debemos de tomar en cuenta:

Carga Térmica

Tipo de refrigerante

Temperatura de succión

Relación de compresión

Temperatura de condensación

La carga térmica que calculamos en el condensador es: 39422.192 Btu/hr





133

El tipo de refrigerante a usar es: R-22

Con ayuda del diagrama de Mollier encontramos la presión de baja presión y alta presión, con estas

presiones consideramos que la relación de compresión es de 4 recordemos que esto es adimensional.

La temperatura de succión es de: -10-°F (- 10) °F= -20°F

La temperatura de condensación de igual forma se obtuvo con el diagrama de Mollier la cual es de:

TCONDENSACION = 50°F

Tomando en consideración estos datos recabados se procede a tomar los catálogos de los diferentes

fabricantes y proveedores.

El fabricante es Bhon el cual en su catalogo de unidades condensadoras encontramos que hay una que

se acopla a nuestras necesidades y a la carga requerida.

El Modelo que se selecciono fue: BD*0900L2

Modelo del compresor: 3DF3F40KE





134





135

Selección del equipo llamado (válvula de expansión)

Por último nos quedaría la selección de la válvula de expansión correspondiente a dicha unidades.

Para llevar a cabo esta pequeña selección debemos de tomar en cuenta los siguientes puntos:

La carga térmica

Tipo de refrigerante

Temperatura de condensación

Temperatura de evaporación

Diferencia de presiones para las condiciones de trabajo

De nueva cuenta acudimos a consultar los catálogos nuestra elección fue con “Bhon” ya que es la marca

que hemos venido escogiendo por ser una de las empresas líderes, además de que los equipos son

seguros y fácil de manejar.





136

El modelo que se selecciono fue: E2V24B





137




CAPITULO V

PROGRAMA DEMANTENIMIENTO




CAPITULO 5 PROGRAMA DE MANTENIMIENTO

139

En todo proyecto de ingeniería se debe seguir un programa de mantenimiento que nos ayude a prevenir

posibles fallas en el sistema así como proporcionar soluciones ante dichos problemas.

Por este motivo se describe un programa de mantenimiento para el equipo seleccionado, se mencionan

los puntos más importantes según el fabricante que pueda ayudarnos a atender y prevenir fallas en el

sistema, el cual se describe de una manera sustanciosa a continuación:

5.1 Mantenimiento.

Es un servicio que agrupa una serie de actividades cuya ejecución permite alcanzar un mayor

grado de confiabilidad en los equipos, máquinas, construcciones civiles, instalaciones.

5.1.1 Objetivos generales.

Garantizar las actividades productivas a nivel general dentro de la empresa.

Capacitar al personal para desarrollar integración y así obtener un completo manejo de

programas de mantenimiento predictivo y preventivo.

5.1.2 Objetivos específicos del mantenimiento.

Asegurar la productividad integral de la empresa.

Asegurar la disponibilidad y confiabilidad planeadas de la función deseada.

Satisfacer todos los requisitos del sistema de calidad de la empresa.

Evitar, reducir, y en su caso, reparar, las fallas sobre los bienes precitados.

Evitar detenciones inútiles o para de máquinas.

Evitar incidentes y aumentar la seguridad de las personas.

Cumplir todas las normas de seguridad y medio ambiente y, maximizar el beneficio colectivo para

obtener:

Confiabilidad: Es la probabilidad de estar funcionando sin fallas durante un determinado tiempo en unas

condiciones de operación dadas.





140

Mantenibilidad: Es la probabilidad de poder ejecutar una determinada operación de mantenimiento en el

tiempo de reparación prefijado y bajo las condiciones planeadas.

Soportabilidad: Es la probabilidad de poder atender una determinada solicitud de mantenimiento en el

tiempo de espera prefijado y bajo las condiciones planeadas.

5.2 Tipos de mantenimiento.

Se reconocen 3 tipos de mantenimiento son clasificados en:

Mantenimiento preventivo.

Mantenimiento predictivo.

Mantenimiento correctivo.

5.2.1 Mantenimiento preventivo.

La finalidad del mantenimiento preventivo es: Encontrar y corregir los problemas menores antes de que

estos provoquen fallas. El mantenimiento preventivo se diseñó con la idea de prever y anticiparse a los

fallos de las máquinas y equipos.

5.2.2 Mantenimiento predictivo.

Se puede definir como mantenimiento predictivo a la ejecución de las acciones de mantenimiento en

función del estado técnico real del equipo, a partir de la medición y seguimiento de algún parámetro

síntoma y la intervención según niveles deseados y permisibles o de alarma.

Por ende, el mantenimiento predictivo es: medición de variables que identifiquen un parámetro, síntoma,

conocido como “monitoreado de estado”. Este monitoreado de estado, se ejecuta planificando

inspecciones, que son ejecutadas según una frecuencia, prevista en función de las características de la

variable en cuestión y el parámetro o síntoma identificado.





141

En resumen, el mantenimiento predictivo se ejecuta en función de las mediciones, análisis y diagnósticos

ejecutados en los equipos, que caracteriza en este caso la disminución del desempeño.

5.2.3 Mantenimiento Correctivo.

El mantenimiento correctivo es entendido como aquellas acciones (planificadas o no) que tienen como

objetivo reestablecer el nivel de desempeño de un Equipo/Sistema, después de la ocurrencia de una

falla, que puede ser esperada o no. En función de este concepto, podemos identificar dos factores.

Primero, que las acciones y sus elementos pueden ser planificadas o no, lo que implica que se espere la

ocurrencia de la falla, con todos los recursos disponibles para su solución, pero no está programada

(fecha de ejecución), lo cual marca una diferencia.

El segundo factor, es que la ocurrencia de la falla puede ser esperada o no, puesto que se trabaja, en

este caso, el equipo/sistema hasta que entre en estado de falla, bajo determinadas condiciones

específicas que así lo identifican, fundamentalmente el criterio costo; donde los costos de evitar la falla

(planificar una acción preventiva o predictiva) son mucho mayores que el costo de indisponibilidad en

que se incurre si ocurriera la no conformidad. Está claro que esto incluye una ausencia de riesgos

operacionales y a la vida humana, así como riesgos de afectaciones al medio ambiente.

5.3 Clasificación de las fallas.

Fallas tempranas. Ocurren al principio de la vida útil y constituyen un porcentaje pequeño del total de

fallas. Pueden ser causadas por problemas de materiales, de diseño o de montaje.

Fallas adultas. Son las fallas que presentar mayor frecuencia durante la vida útil. Son derivadas de las

condiciones de operación y se presentan más lentamente que las anteriores (suciedad en un filtro de

aire, cambios de rodamientos de una máquina, etc.)

Fallas tardías. Representan una pequeña fracción de las fallas totales, aparecen en forma lenta y ocurren

en la etapa final de la vida del bien (envejecimiento del aislamiento de un pequeño motor eléctrico,

pérdida de flujo luminoso de una lámpara)





142

5.4 Programa de mantenimiento a las unidades del sistema.

5.4.1 Evaporadores.

Todos los evaporadores deben revisarse una vez al mes o más a menudo para obtener un deshielo

adecuado, debido a que la cantidad y tipo de escarcha puede variar considerablemente.

Lo anterior depende de la temperatura de la cámara, el tipo de producto almacenado, de la

frecuencia de almacenaje, el producto nuevo de la cámara y del porcentaje en tiempo que la puerta está

abierta. Puede ser necesario cambiar periódicamente el número de ciclos del deshielo o ajustar la

duración del deshielo.

5.4.2 Unidades condensadoras/evaporadores.

Bajo condiciones normales, le mantenimiento debe cubrir los siguientes puntos por lo menos una vez

cada seis meses.

Revise y apriete todas las conexiones eléctricas.

Revise todo el cableado y aislamientos.

Revise el correcto funcionamiento de los contactores y el desgaste de los puntos de contacto.

Revise todos los motores de los ventiladores. Ajuste los pernos de montaje del motor/tuercas y

ajustar los tornillos posicionamiento del ventilador.

Limpie la superficie del serpentín del condensador.

Revise el nivel de aceite y refrigerante en el sistema.

Revise el funcionamiento del sistema de control. Asegúrese de que los controles de seguridad

estén funcionando adecuadamente.

Revise todos los controles de deshielo estén funcionando adecuadamente.

Limpie la superficie del serpentín del evaporador.

Limpie la charola de drenado y revise que se tenga el correcto drenado en la charola y la línea.





143

Cheque la resistencia de la tubería dren para una operación adecuada, cortarla del tamaño

requerido y fijarla adecuadamente.

5.4.3 Posibles fallas del evaporador y su solución.

En seguida se presentan los problemas más frecuentes que impiden el buen funcionamiento de los

equipos:

Caso 1. “El o los ventiladores no funcionan”

Posibles causas:

El interruptor principal se encuentra abierto.

Los fusibles están fundidos.

Motor defectuoso.

Reloj o termostato de deshielo defectuoso.

Se está deshielando el evaporador.

El serpentín no se enfría lo suficiente para restablecer el termostato.

Medidas correctivas posibles:

Cierre el interruptor

Reemplace los fusibles. Revise si hay algún corto circuito o condiciones de sobrecarga.

Reemplace el motor.

Reemplace el componente defectuoso.

Espere a que se complete el ciclo.

Ajuste el termostato de retardador del ventilador, vea la sección del termostato de deshielo.





144

Caso 2. “La temperatura de cuarto está demasiado alta”

Posibles causas:

Calibración demasiado alta del termostato de cuarto.

Sobrecalentamiento demasiado alto.

Serpentín bloqueado o escarchado.

Sistema bajo de refrigerante.


Ajustar el termostato.

Ajustar la válvula de expansión termostática.

Agregue refrigerante.

Deshile el serpentín manualmente. Revise que los controles de deshielo funcionen

correctamente.

Caso 3. “Acumulación de hielo en el techo, alrededor del evaporador y/o guardas del ventilador,

Venturi y hojas del ventilador”

Posibles causas:

Duración de deshielo demasiado alto.

El retardador del ventilador no retarda los ventiladores después del periodo de deshielo.

Reloj o termostato del deshielo defectuoso.

Demasiados deshielos.


Ajustar el termostato de terminación de deshielo.

Termostato de deshielo defectuoso o mal ajustado.





145


Reduzca el número de deshielo.

Caso 4. “Serpentín escarchado o bloqueado durante el ciclo de deshielo”

Posibles causas:

Temperatura del serpentín no alcanza una temperatura superior al punto de congelación durante

el deshielo.

Insuficientes ciclos de deshielo por día.

Ciclo de deshielo demasiado corto.

Reloj o termostato defectuoso.


Revise el funcionamiento de las resistencias.

Ajuste el reloj para más ciclos de deshielo.

Ajuste el termostato de deshielo o reloj para ciclos más largos.


Caso 5. “Acumulación de hielo en la charola de drenado”

Posibles causas:

Resistencia defectuosa

Inadecuada inclinación de la unidad.

Línea de drenado tapad.

Resistencia de la línea de drenado defectuosa.

Reloj o termostato defectuoso.





146


Reemplace la resistencia.

Revise y ajuste si es necesario.

Limpie la línea de drenado.

Caso 6. “Congelación del serpentín inesperado”

Posibles causas:

Resistencia defectuosa.

Localización del evaporador muy próxima a la puerta o a la entrada.

Ajuste del deshielo bajo el tiempo de terminación del deshielo.


Cambie la resistencia.

Reubique el evaporador.

Suba más alto el ajuste del control de terminación del deshielo.

5.4.3 Posibles fallas de la unidad condensadora y su solución.

Caso 1. “El compresor no funciona”

Posibles causas:

Interrumpir principal abierto.

Fusible fundido.

Los protectores térmicos de sobrecarga abren.

Contactor o bobina defectuosa.

No se requiere enfriamiento.

El solenoide de la línea de líquido no abre.





147

Problemas en el motor eléctrico.

El cableado esta suelto.

Monitor de caída inoperante.


Cierre el interruptor.

Revise si hay algún corto circuito o toma a tierra en los circuitos eléctricos o el embobinado del

motor. Investigue la posibilidad de descarga. Cambie el fusible después de haber corregido el

problema.

Los protectores de sobrecarga se reemplazan automáticamente. Examine la unidad rápidamente

una vez que esta vuelva a operar.

Repare o reemplace.

Determine el tipo y la causa del paro y solucione el problema antes de restablecer el interruptor de

seguridad.

Ninguna. Espere hasta que lo vuelva a requerir.

Repare o reemplace la bobina.

Revise si el motor tiene desconexiones, corto circuito o está quemado.

Revise todas las uniones del cableado. Apriete todos los tornillos terminales.

Caso 2. “Compresor ruidoso o vibra”

Posibles causas:

Soporte inadecuado de las tuberías de la línea de líquido y su succión.

Compresor deteriorado o desgastado.

Rotación invertida del compresor o scroll.


Vuelva a colocarla, elimine o añada abrazaderas según sea necesario.





148

Reemplácelo.

Recablee para cambiar de fase.

Caso 3. “Presión de descarga alta”

Posibles causas:

Gases no condensables en el sistema.

Sistema de sobrecargado de refrigerante.

Válvulas de servicio de descarga parcialmente cerrada.

El ventilador no funciona.

Control de alta presión mal calibrado.

Serpentín del condensador sucio.


Elimine los gases no condensables.

Elimine excesos de refrigerante.

Abra la válvula completamente.

Revise el circuito eléctrico.

Ajuste.

Límpielo.

Caso 4. “Presión de descarga baja”

Posibles causas:

Regulación incorrecta de la temperatura del condensador.

La válvula de servicio de succión se encuentra parcialmente cerrada.

No hay suficiente refrigerante en el sistema.

Presión de succión baja.





149

Funcionamiento variable de la válvula de la presión del lado de alta.


Compruebe el funcionamiento del control del compresor.

Abra la válvula completamente.

Revise contrafugas del sistema. Repare y agregue refrigerante.

Consulte las medidas correctivas indicadas para caso de presión de succión baja.

Revise el ajuste de la válvula.

Caso 5. “Presión de succión alta”

Posibles causas:

Carga excesiva.

Sobrealimentación de la válvula de expansión.


Reduzca la carga o agregar más equipo.

Revise el bulbo sensor. Regule el sobrecalentamiento.

Caso 6. “Presión de succión baja”

Posibles causas:

Falta de refrigerante.

Evaporador sucio o escarchado.

Filtro deshidratador de la línea de líquido obstruido.

Línea de succión o filtros del gas de succión de compresor obstruido.

Mal funcionamiento de la válvula de expansión.

Temperatura de condensación demasiado baja.





150


Revise contrafugas al sistema, repare y agregue refrigerante.

Límpielo.

Cambie él o los cartuchos.

Limpie los filtros.

Revísela y vuelva a ajustarla para el calentamiento adecuado.

Revise los accesorios para regulación para la temperatura de condensación.

Caso 7. “Presión de aceite baja o inexistente”

Posibles causas:

Filtro de succión de aceite obstruido.

El interruptor de seguridad para la presión baja del aceite está defectuoso.

Bomba de aceite deteriorada o desgastada.

El mecanismo de inversión de la bomba de aceite está bloqueado en una posición incorrecta.

Los cojinetes están desgastados.

Bajo nivel del aceite.

Conexiones sueltas o flojas en la línea de aceite.

La junta de la carcasa de la bomba tiene fugas.


Límpielo.

Reemplácelo.

Cambie la bomba de aceite.

Invierta la rotación del compresor.

Cambie el compresor.

Agregue aceite.





151

Revise y apriete todas las conexiones del sistema.

Reemplace la junta.

Caso 8. “Pérdida de aceite en el compresor”

Posibles causas:

Falta de refrigerante.

Desgaste excesivo de los anillos del compresor.

Inundación de refrigerante en el compresor.

Tuberías o tapas inadecuadas.


Revise si hay fugas y repórtelas. Agregue refrigerante.

Cambie el compresor.

Mantenga el sobrecalentamiento adecuado en el compresor.

Corrija la tubería.




CONCLUSIONES




CONCLUSIONES

153

Con este proyecto realizado puedo decir que fue un gran avance dentro del ámbito profesional

ya que el panorama antes conocido era muy limitado, porque no teníamos la idea de lo que era

hacer un proyecto.

Pero conforme avanzamos, fueron saliendo obstáculos, por ejemplo no sabíamos de donde

obtener ciertos datos que eran necesarios para llevar a cabo un cálculo sustancialmente

necesario ya fuera para el cálculo por producto ó una simple forma de acomodar y estibar el

mismo, para poder dimensionar el espacio requerido para almacenar.

Es gracias a estos pequeños obstáculos que nos dimos cuenta de que el ingeniero debe

conocer las formas y maneras de obtener todo lo que necesita para poder desarrollar cualquier

proyecto de la mejor manera.

Así pues pudimos constatar que los conocimientos obtenidos en estas aulas son la base de lo

que hay en la industria y vida laboral.

Además de que nuestro asesor nos enseño que el ingeniero necesita un usar un razonamiento

el cual sea lógico, al mismo tiempo que aplica un criterio para poder desarrollar, emplear,

obtener y diseñar este tipo de sistemas.

ARELLANO MENDOZA JONATHAN

Con la presentación del anterior proyecto se mostró de manera sencilla el funcionamiento de un

sistema refrigerante, el cual, debido a un gas refrigerante éste puede transformar o cambiar la

temperatura de un lugar o instrumentos. Igualmente pudimos hacer la comparación entre

refrigerantes para seleccionar el más adecuado para nuestro proyecto, además de que este

proyecto nos ayudó a afianzar nuestros conocimientos respecto a la termodinámica, y como

esta área de la física está relacionada de manera directa a nuestra vida diaria.




CONCLUSIONES

154

Su optimo funcionamiento depende de nosotros, así como el desarrollo de cualquier proyecto.

Con lo anterior está en nuestras manos conocer el montaje y funcionamiento de este principio

de enfriamiento, ya que éste es la base para muchos instrumentos de la vida diaria, tales como

aires acondicionados, neveras, enfriadores, etc.

Es importante este desarrollo académico, ya que es fundamental que como personas que

llegaremos a ser profesionales en nuestra área, debemos saber y conocer un poco más o de

manera más profunda los procesos o efectos que se producen en nuestro entorno, es decir, la

naturaleza misma del mundo.

Gracias a esta cátedra, y la posible realización de este proyecto podemos reflejar nuestros

conocimientos adquiridos hasta esta parte de la carrera.

HERNÁNDEZ MENDOZA FERNANDO

El objetivo del proyecto fue llevar a cabo el análisis del proyecto, así como la búsqueda de

posibles alternativas disponibles actualmente en el mercado para poder llevar a cabo el diseño

del sistema de refrigeración para congelar camarón .Para llevar a cabo dicha tarea se

analizarón los distintos componentes necesarios en una instalación de estas características,

investigando en detalle cuáles son los puntos a favor y en contra de todos los elementos

constitutivos de diferentes marcas de equipos de refrigeración. Para los aspectos más teóricos

del proyecto se han consultado numerosos libros y páginas web. La información obtenida se ha

sintetizado resumiendo las partes más importantes. En el estudio de las posibilidades en cuanto

a sistemas de refrigeración, se ve que hay numerosos sistemas disponibles actualmente y que,

dependiendo del dispositivo de enfriamiento del fluido de trabajo, se requerirán unas

necesidades de mantenimiento u otras. El criterio de elección entre alternativas fue el

económico y funcional. Es decir, se busco la simplicidad en cuanto a funcionamiento y a




CONCLUSIONES

155

prestaciones. Como conclusión importante del proyecto cabe mencionar que la selección de

una alternativa viable no se podía realizar hasta que se tuvieran en cuenta todos los elementos

que interaccionen en la instalación. Ahora habrá que ver que no interaccionen negativamente

entre ellos y que cumplan su función sin alterar las prestaciones de los otros elementos.

ESTRADA ESCOBAR DAVID

En el presente proyecto se realizo en base a los temas involucrados en el cálculo de un sistema

de refrigeración dando énfasis en las condiciones de diseño considerando todos los parámetros

como el lugar, producto, cantidad de producto, número de personas que laborarán, etc., así

como de los equipos que intervienen en el sistema sin olvidar la necesidad de la investigación

por parte del Ingeniero Mecánico responsable del proyecto del tema a tratar, para que de esta

manera aporte con soluciones que conlleven a un sistema más eficiente y seguro.

Como sabemos, dentro del mundo de la Industria de la refrigeración existen muchas maneras

de diseñar un sistema que cumpla los requisitos requeridos por los usuarios, pero sin embargo,

no es menos cierto que de todas estas maneras posibles de resolver el problema un gran

porcentaje está enmarcado bajo las restricciones económicas.

Podemos concluir entonces que una instalación de este tipo involucra el conocimiento del tema

que se está tratando y precisa de una investigación por parte de nosotros, además de la ayuda

del profesor para poder aportar

con sus conocimientos las soluciones más viables y prácticas, para que de esta manera el

sistema reúna todo lo indispensable, siendo eficaz para el propósito para el que fue concebido.

SERRANO PÉREZ JAVIER




ANEXOS




ANEXOS

I

Tabla A.1 Corrección de temperatura por efecto solar




ANEXOS

II

Tabla A.2 Espacio, peso y densidad para productos almacenados




ANEXOS

III

Tabla A.3 Características de productos alimenticios




ANEXOS

IV

Tabla A.4 Calor disipado por las personas dentro del espacio refrigerado




ANEXOS

V

Tabla A.5 Coeficientes de transmisión de calor




ANEXOS

VI

Figura A.1 Trazo del diagrama de Mollier para Amoniaco




ANEXOS

VII

Figura A.2 Trazo del diagrama de Mollier para R-22




ANEXOS

VIII

Figura A.3 Trazo del diagrama de Mollier para Amoniaco por computadora




ANEXOS

IX

Figura A.4 Trazo del diagrama de Mollier para R-22 por computadora




ANEXOS

X

Figura A.5 Catalogo de evaporadores BOHN




ANEXOS

XI




ANEXOS

XII




ANEXOS

XIII




ANEXOS

XIV




ANEXOS

XV




ANEXOS

XVI




ANEXOS

XVII

Figura A.5 Catalogo de unidades condensadoras BOHN




ANEXOS

XVIII




ANEXOS

XIX




ANEXOS

XX




ANEXOS

XXI




ANEXOS

XXII




ANEXOS

XXIII




ANEXOS

XXIV




ANEXOS

XXV

Densidad del camarón en recipientes de almacenaje

DENSITY of FRESH and FROZEN SEAFOOD

MD. SHAFIUR RAHMAN 1 R.H. DRISCOLL 1

1 Department of Food Science and Technology University of New South Wales P.O. Box 1, Kensington,

NSW 2033 Australia

The apparent density varied from 1042 to 1093 kg/m3 and 972 to 1017 kg/m3 for fresh seafood at 20C

and frozen seafood at -30C, respectively. the apparent density of frozen squid mantle meat decreased

from 1062 to 990 kg/m3 when temperature varied from -1.5 to -40C.

http://www3.interscience.wiley.com/journal/119271951/abstract?CRETRY=1&SRETRY=0

Cold-Storage Systems > Special Cold Store Doors

Figura A.6 Puertas para cámaras de refrigeración marca HERCULES




ANEXOS

XXVI

Infitting Hinged - Overlap Freezer - Horizontal Sliding -Bi-Parting Horizontal Sliding - Vertical Lift -

Sectional Overhead -Special Applications. The Hercules Infitting Hinged Door is used for hand truck andpersonnel traffic in buildings where environment control is necessary. It is suitable for interior and exterioruses. For larger openings a two panel hinged door is available.

Height 2´6" 6´6" 7´ 8´

Width 2´ 2´6" 3´ 3´6" 4´ 4´6" 5´6"

Thickness 4" 6"

R-Value 33 50

Insulation Foamed-in-place polyiso CFC-free

Door Panel

Structural frame consists of kiln-dried straight-grained Douglas Fir rails and plywood stiles cladwith the specified metal; the core is injected with

foamed-in-place polyurethane. All seams aresealed.

CasingsKiln-dried Douglas Fir saturated in a wood

perservative solution and clad with specializedmetal

Metal26-ga. G-90 galvanized steel, mill finish, stucco

embossed, smooth painted

Paint

Imperial white PPG Durafin 2000(tm) HighPerformance Coating, USDA accepted, warrantedfor 20 years in areas requiring heavy wash down

(subject to terms and conditions of coating warrantyagreement).




ANEXOS

XXVII

Base con ruedas

Marca: P.S.A. PLAST

Ref.: 9654_

Equipada con ruedas de ø100, para cajas y contenedores de 600 x 400 mm o para cajas

Ref.787_ _.

Información detallada del producto Base con ruedas

Base con ruedas para cajas y contenedores de 600 x 400 mm, o para cajas Ref. 787__.Para

facilitar el desplazamiento de cajas y contenedores.

Dimensiones útiles (L x An) 600400 mm

Caja para la industria agroalimentaria

Marca: P.S.A. PLAST

Modelo: 600 x 400 mm




ANEXOS

XXVIII

Para la industria agroalimentaria disponible en 12 versiones

Información detallada del producto Caja para la industria agroalimentaria

Permite una buena circulación del aire, incluso cuando está apilada en las cámaras frigoríficas.

Adecuada para el transporte y almacenaje de una amplia gama de productos (pan, dulces,

quesos, carne, frutos, legumbres, etc.).

Disponible en 12 versiones distintas (3 alturas de apilado, paredes y fondo, llenos o rejados).

Las versiones 9612_, 9615_, 9616_ y 9617_ son estándar y están disponibles para entrega

inmediata.

Dimensiones de acuerdo con las normas Europeas para apilado en paletas.

Base con ruedas (Ref. 9654_) y Tapa Universal 600 x 400 mm (Ref. 3006_) disponibles.

Fabricada en polipropileno copolímero de alta resistencia al impacto, adecuada para contacto

con alimentos.

Bajo pedido: personalización con su nombre, dirección o logotipo.

Medidas exteriores (L x An x Al) Según modelo

Medidas interiores (L x An x Al)

Según modelo

VersiónDimensiones exteriores

(L x An x Al) (mm)Dimensiones interiores

(L x An x Al) (mm)Tipo de cantoReferencia

Toda rejada 600 x 400 x 59 580 x 380 x 57 Sin cantos 9610_




ANEXOS

XXIX

600 x 400 x 77 580 x 380 x 75 Cantos bajos 9611_

600 x 400 x 92 580 x 380 x 90 Cantos altos 9612_

Toda cerrada

600 x 400 x 59 580 x 380 x 57 Sin cantos 9613_



Fondo cerradoLados rejados

600 x 400 x 59 580 x 380 x 57 Sin cantos 9616_



Fondo rejadoLados cerrados

600 x 400 x 59 580 x 380 x 57 Sin cantos 9631_



Tabla A.7 Tabla para selección de la caja de almacenamiento del camarón




ANEXOS

XXX

REFERENCIAS

(I)* CAMARÓN (2008) Documento recuperado el 22 de marzo de 2008 De

http://es.wikipedia.org/wiki/Caridea http://www.refrigeracionindustrial.com.mx/cgi-

bin/RRI.pl?s=a&a=print&id=8

(II)* TAXONOMIA (2008) Documento recuperado el 22 de marzo de 2008 De:

http://www.refrigeracionindustrial.com.mx/cgi-bin/RRI.pl?s=a&a=print&id=8

(III)* RELEVANCIA COMO ALIMENTO (2008) Documento recuperado el 25 de marzo De:


(IV)* HIELO FLUIDO (2008) Documento recuperado el 4 de fecrero de 2008 De


(V)* APLICACIONES (2008) Documento recuperado el 10 de febrero de 2008 De


(VI)* GRANJAS DE CAMARÓN (2008) Documento recuperado el 15 de febrero de 2008 De


(VII)* EN MEXICO ZONAS DE PESCA DEL CAMARÓN (2008) Documento recuperado el 22 de febrero

de 2008 De:http://www.refrigeracionindustrial.com.mx/cgi-bin/RRI.pl?s=a&a=print&id=8

http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/081/htm/sec_6.htm

(VIII)* (XIX) CARACTERISTICAS GEOGRAFICAS DE MEXICO (2008) Documento recuperado el 28 de

febrero de 2008 De http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/081/htm/sec_6.htm

(X)* (XI)* TERMODINAMICA (2008) Documento recuperado el 5 de abril de 2008 De

http://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1mica




ANEXOS

XXXI

(XII)* PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA (2008) Documento recuperado el 3 de abril de

2008 De: http://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1mica

(XIII)* SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINMICA (2008) Documento recuperado el 28 de marzo

de 2008 De: http://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1mica

(XIV)* ENTALPÍA (2008) Documento recuperado el 26 de marzo de 2008 De

http://es.wikipedia.org/wiki/Entalp%C3%ADa

(XV)* ENTROPÍA (2008) Documento recuperado el 22 de marzo de 2008 De

http://es.wikipedia.org/wiki/Entrop%C3%ADa_(informaci%C3%B3n)

(XVI)* FUERZA (2008) Documento recuperado el 25 de marzo de 2008 De

http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza

(XVII)* TEMPERATURA (2008) Documento recuperado el 30 de marzo de 2008 De

http://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura#Definici.C3.B3n_formal

(XVIII)* MATERIA (2008) Documento recuperado el 28 de marzo de 2008 De

http://es.wikipedia.org/wiki/Materia

(XIX)* ENERGÍA(2008) Documento recuperado el 4 de abril de 2008 De

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa

(XX)* SUSTANCIA PURA (2008) Documento recuperado el 5 de abril de 2008 De

http://es.wikipedia.org/wiki/Sustancia

(XXI)* SISTEMA (2008) Documento recuperado el 5 de abril de 2008 De

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema

(XXII)* VOLUMEN (2008) Documento recuperado el 7 de abril de 2008 De:




ANEXOS

XXXII

http://es.wikipedia.org/wiki/Volumen_(f%C3%ADsica)

(XXIII)* VOLUMEN ESPECIFICO (2008) (XXIV)* VOLUMEN ESPECIFICO PARA UN GAS IDEAL

(2008) Documento recuperado el 20 de marzo de 2008 De:

http://es.wikipedia.org/wiki/Volumen_espec%C3%ADfico

(XXV)* MASA (2008) Documento recuperado el 22 de marzo de 2008 De

http://es.wikipedia.org/wiki/Masa

(XXVI)* PRESIÓN (2008) (XXVII)* PRESIÓN ATMOSFÉRICA (2008) Documento recuperado el 2 de

abril de 2008 De http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n

(XXVIII)* PRESIÓN MANOMÉTRICA (XXIX)*PRESIÓN ABSOLUTA (2008) Documento recuperado el 8

de abril de 2008 De http://www.monografias.com/trabajos11/presi/presi.shtml

(XXX)* ESTADO DE LA MATERIA (2008) Documento recuperado el 29 de marzo de 2008 De

http://es.wikipedia.org/wiki/Estado_de_agregaci%C3%B3n_de_la_materia

(XXXI)* CALOR (2008) Documento recuperado el 4 de abril de 2008 De

http://es.wikipedia.org/wiki/Calor

(XXXII)* CONDUCCIÓN (2008) (XXXIII)*CONVECCIÓN (2008) (XXXIV)* RADIACIÓN

(2008) Documento recuperado el 25 de febrero de 2008 De

http://es.wikipedia.org/wiki/Conducci%C3%B3n_t%C3%A9rmica

(XXXV)*CALOR ESPECIFICO (2008) Documento recuperado el 6 de marzo de 2008 De

http://es.wikipedia.org/wiki/Calor_espec%C3%ADfico

(XXXVI)*CALOR SENSIBLE (2008) Documento recuperado el 10 de marzo de 2008 De

http://www.diclib.com/cgi-bin/d1.cgi?l=es&base=arquitectura&page=showid&id=1105




ANEXOS

XXXIII

(XXXVII)*CALOR LATENTE (2008) Documento recuperado el 22 de marzo de 2008 De

http://es.wikipedia.org/wiki/Calor_de_vaporizaci%C3%B3n

(XXXVIII)* CALOR TOTAL (2008) (XXXIX)*CALOR LATENTE DE FUSIÓN (XL)*CALOR LATENTE DE

EVAPORACIÓN (2008) Documento recuperado el 22 de marzo de 2008 De

http://www.geocities.com/Colosseum/Slope/1616/Quimica/termo.html

(XLI)* CALOR LATENTE DE SUBLIMACIÓN (2008) Documento recuperado el 11 de abril de 2008 De

http://www.astromia.com/glosario/sublimacion.htm

(XLII)* TONELADA DE REFRIGERACIÓN (2008) Documento recuperado el 10 de abril de 2008 De

http://es.wikipedia.org/wiki/Tonelada_de_refrigeraci%C3%B3n

(XLIII)* REFRIGERANTE (2008) Documento recuperado el 10 de abril de 2008 De

http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquido_refrigerante

(XLIV)* TEMPERATURA DE SATURACIÓN (2008) Documento recuperado el 10 de abril de 2008 De

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_de_vapor

(XLV)* VAPOR SOBRECALENTADO (2008) Documento recuperado el 15 de abril de 2008 De

http://www.todoexpertos.com/categorias/ciencias-e-ingenieria/ingenieria

industrial/respuestas/1723288/vapor-sobrecalentado-o-saturado

(XLVI)* LIQUIDO SUBENFRIADO (2008) Documento recuperado el 15 de abril de 2008 De

http://www.inmecanica.com/termo/termo.html

(XLVII)* PUNTO DE EBULLICIÓN (2008) Documento recuperado el 15 de abril de 2008 De

http://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_ebullici%C3%B3n

(XLVIII)*PUNTO DE FUSIÓN (2008)* Documento recuperado el 15 de abril de 2008 De




ANEXOS

XXXIV

http://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_fusi%C3%B3n

(XLIX)* DENSIDAD (2008) (L)* DENSIDAD RELATIVA (2008) Documento recuperado el 15 de abril de

2008 De http://es.wikipedia.org/wiki/Densidad_relativa

(LI)*CARTA PSICOMÉTRICA (2008) Documento recuperado el 18 de abril de 2008 De

http://mx.answers.yahoo.com/question/index?qid=20080227091330AABNiyW

(LII)* COMPOSICIÓN DE LA CARTA PSICOMÉTRICA Documento recuperado el 18 de abril de 2008

De http://www.mitecnologico.com/iem/Main/CartaPsicrometrica

(LIII)* FLUJO MÁSICO (2008) Documento recuperado el 22 de abril de 2008 De

http://es.wikipedia.org/wiki/Gasto_m%C3%A1sico

(LIII)*FLUJO VOLUMÉTRICO (2008) Documento recuperado el 22 de abril de 2008 De

http://es.wikipedia.org/wiki/Caudal

(LIV)* DIAGRAMA DE MOLLIER (2008) Documento recuperado el 12 de abril de 2008 De

http://www.cec.uchile.cl/~roroman/cap_07/mollier01.htm

(LV)* EFECTO REFRIGERANTE (2008) Documento recuperado el 12 de abril de 2008 De

http://html.Plantas termicas.com/plantas-de-refrigeracion.html

instituto politÉcnico nacional - tesis.ipn.mxtesis.ipn.mx/jspui/bitstream/123456789/3496/1/... ·...

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