TRABAJO DE:

REFRIGERACIN INDUSTRIAL

INTEGRANTES:

PAOLO ANDRES CUELLO PEALOZAJESS ALBERTO FONTALVO GOMEZHOOVER VALENCIA ZAPATA

PRESENTADO A:

GIOVANNY BARLETTA

VIII SEMESTRE INGENIERA QUMICAUNIVERSIDAD DEL ATLNTICO

2012

Tabla de Contenido

Pagina

1. Clculo de cargas trmicas32. Seleccin de los compresores por cuarto153. Seleccin de las unidades evaporadoras por cuarto164. Seleccin de tuberas para las lneas de succin y descarga175. Seleccin de la vlvula de expansin196. Seleccin de las vlvulas solenoides217. Seleccin de los filtros deshidratadores de la lnea de lquido228. Seleccin de las mirillas indicadoras de nivel de lquido239. Seleccin del acumulador de succin (Opcional)2410. Seleccin de la vlvula de bola2611. Seleccin de los separadores de aceite2712. Referencias28

TRABAJO FINAL DE REFRIGERACIN INDUSTRIALCLCULO DE CARGAS TRMICAS Y SELECCIN DE EQUIPOS

Se desean seleccionar los siguientes equipos para los cuartos mostrados en la ilustracin P:

Compresor Unidad evaporadora Vlvula de expansin Filtro de la lnea de lquido Vlvula solenoide Mirilla indicadora de nivel de lquido Vlvula de bola Separador de aceite Acumulador de succin (opcional)

Adicionalmente debern seleccionarse los dimetros y longitudes de las lneas de succin, lquido y descarga, as como tambin se debe calcular la carga trmica total a retirar del sistema completo.

DATOS

Las paredes estn aisladas en poliuretano de 4 pulgadas y forradas en lamina galvanizada de calibre 24 (solo se considera el poliuretano en los clculos). Considere temperaturas exteriores en la bodega de 95F y 85% de humedad relativa donde estn ubicadas las cmaras.

La altura de la cmara interiormente es de 3.20 metros.

Considere una puerta de las mismas especificaciones que los paneles. La puerta de acceso del cuarto colinda con un cuarto de proceso acondicionada para minimizar las ganancias de calor a las cmaras y considere aire acondicionado de confort (75F y 55% HR).

La temperatura de los productos a refrigerar se considera 10C mayor a la temperatura de cmara al entrar a esta. Se considera que las cmaras reciben 1600 Libras de producto combinado en cada una.

Una persona ingresa dos veces por da a la cmara.

Dos lmparas de 100W c/u iluminan el recinto.

Los motores de los evaporadores se estiman en 4 x HP c/u.

Los cuartos se leen de 1 a 5 de izquierda a derecha (abajo a arriba en la posicin de la imagen), el primer cuarto contiene pescados y mariscos, el segundo cuarto contiene carne y aves, el tercero contiene productos varios (miscelneos, se considera la masa de panes ya que es lo que proporciona el programa Calc Rite), los productos en estos cuartos se quieren enfriar hasta -18C. El cuarto 4 contiene frutas y verduras (las propiedades se toman en base a algunas frutas y a verduras varias) y se quiere enfriar hasta 5 6C, el cuarto 5 contiene lcteos y se quiere enfriar de 0 4C, ambos cuartos tienen 75% HR.

Ilustracin P. Cuartos a refrigerar, las unidades de las dimensiones mostradas son metros. Consultar los pantallazos para el clculo de cargas de los productos acerca de los datos de temperaturas manejadas.1. Clculo de cargas trmicas

Con la ayuda del software Calc Rite de KeePrite, se logr realizar de forma practica cada uno de los clculos que involucran las diversas cargas trmicas en cada cuarto de refrigeracin que se present como ejercicio en el examen parcial planteado, estas cargas se manifiestan por paredes, por producto (alimentos y dems) y por accesorios como lo son los motores de los evaporadores y la iluminacin, y en las infiltraciones relacionadas con las cantidades de aire que atraviesan las puertas debido al ingreso de las personas a los cuartos de refrigeracin principalmente. A continuacin se presentan cada una de las capturas tomadas para los clculos realizados con ayuda del programa utilizado. En total son 5 cuartos los cuales cada uno posee las dimensiones descritas en el problema necesarias para realizar los respectivos clculos, los datos obtenidos son los siguientes:

Cuarto 1Ilustracin 1. Cargas debido a trabajo

Ilustracin 2. Cargas debido a paredes

Ilustracin 3. Carga debido a la infiltracin

Ilustracin 4. Carga debido al producto

Ilustracin 5. Carga debido a miscelneo

Cuarto 2

Ilustracin 6. Carga horaria del cuarto

Ilustracin 7. Cargas por pared

Ilustracin 8. Cargas por infiltracin

Ilustracin 9. Cargas por producto

Ilustracin 10. Cargas por miscelneos

Cuarto 3

Ilustracin 11. Carga horaria del cuarto

Ilustracin 12. Carga por paredes

Ilustracin 13. Cargas por infiltracin

Ilustracin 14. Cargas por producto

Ilustracin 15. Cargas por miscelneos

Cuarto 4

Ilustracin 16. Carga horaria del cuarto

Ilustracin 17. Carga por paredes

Ilustracin 18. Carga por producto

Ilustracin 19. Carga por infiltracin

Ilustracin 20. Carga por miscelneos.

Cuarto 5

Ilustracin 21. Carga horaria del cuarto

Ilustracin 22. Carga por paredes

Ilustracin 23. Carga por infiltracin

Ilustracin 24. Carga por producto

Ilustracin 25. Carga por miscelneos

A continuacin se muestra la sumatoria de cargas trmicas totales, es decir, cada carga trmica correspondiente a cada uno de los cuartos que intervienen en el proceso, estos valores que se encuentran en la suma total de los valores obtenidos para las diversas cargas en cada cuarto, utilizados principalmente para la seleccin del compresor del sistema; los valores son los mostrados a continuacin:

Cargas trmicas totales por cuarto Cuarto 1: 50,157 BTU/hr Cuarto 2: 46,812 BTU/hr Cuarto 3: 46,058 BTU/hr Cuarto 4: 26,906 BTU/hr Cuarto 5: 31,663 BTU/hrRemplazando en la ecuacin (1) se obtiene:

2. Seleccin de los compresores por cuarto

Cuarto 1Compresor modelo ZF48K4E-TWCCapacidad del evaporador: 52,500 BTU/hrCapacidad del compresor: 52,500 BTU/hrEl resto de datos y parmetros se puede consultar en la ficha de desempeo adjuntada.

Cuarto 2Compresor modelo 3DRHF46KE-TFCCapacidad del evaporador: 49,500 BTU/hrCapacidad del compresor: 49,800 BTU/hrEl resto de datos y parmetros se puede consultar en la ficha de desempeo adjuntada.

Cuarto 3Compresor modelo 3DRHF46KE-TFCCapacidad del evaporador: 49,500 BTU/hrCapacidad del compresor: 49,800 BTU/hrEl resto de datos y parmetros se puede consultar en la ficha de desempeo adjuntada.

Cuarto 4Compresor modelo ZS29KAE-TF5Capacidad del evaporador: 29,300 BTU/hrCapacidad del compresor: 29,300 BTU/hrEl resto de datos y parmetros se puede consultar en la ficha de desempeo adjuntada.

Cuarto 5Compresor modelo ZS33KAE-TF5Capacidad del evaporador: 32,200 BTU/hrCapacidad del compresor: 32,200 BTU/hrEl resto de datos y parmetros se puede consultar en la ficha de desempeo adjuntada.

3. Seleccin de las unidades evaporadoras por cuarto

Las unidades evaporadoras se escogen de acuerdo a la carga trmica del cuarto correspondiente, la capacidad de esta tiene que ser igual o mayor a la carga correspondiente, las unidades se escogieron del catalogo BOHN para evaporadores, de los modelos BME/BML de descongelamiento elctrico con frecuencia de 60 Hz:

Ilustracin 26. Catalogo para la seleccin de evaporador [1]

Cuarto 1: BME 520 52,000 BTU/hr Cuarto 2: BME 520 52,000 BTU/hr Cuarto 3: BME 520 52,000 BTU/hr Cuarto 4: BME 310 31,000 BTU/hr Cuarto 5: BME 390 39,000 BTU/hr

4. Seleccin de tuberas para las lneas de succin y descarga de gas y para la lnea lquida

Las tuberas se escogen teniendo en cuenta principalmente las temperaturas de evaporacin, condensacin y la tasa de enfriamiento dada por el evaporador seleccionado del catalogo BOHN, las dimensiones de las tuberas de la lnea de succin (suction), lnea lquida (liquid) y la lnea de descarga (discharge) se muestran en las siguientes imgenes tomadas del programa LineSize para el clculo de tuberas:

Cuartos 1, 2 y 3

Cuarto 4

Cuarto 5

5. Seleccin de la vlvula de expansin

La vlvula de expansin se escoger de acuerdo a la capacidad del sistema, con respecto a la carga trmica sobre el evaporador, dicha vlvula debe escogerse para una capacidad igual o menor a la calculada, para evitar un flujo excesivo de refrigerante lquido hacia el evaporador y una posible inundacin.

Suponiendo una cada de presin de 1 psi a travs del orificio de la vlvula se tendr que la cada de presin a travs de la vlvula de expansin ser:

Para el refrigerante 404A en los cuartos 1, 2 y 3 se tiene:P condensacin = 309.9 psigP evaporacin = 23 psig

Remplazando en la ecuacin (2)

Es el nico refrigerante que tiene aplicaciones a todas las temperaturas. Super Heat de 20.Tomando el catalogo de Emerson Climate para vlvulas de expansin tipo ton, se escoge una vlvula TCLE de capacidad nominal de 3 toneladas, que a 200 psi de cada de presin (mxima cada presentada en el catalogo) y temperatura de evaporacin de -20F permite una capacidad de 3.02 toneladas de refrigeracin, inferior a la calculada que es de 4.33 toneladas (52000BTUh-1/12000).

Ilustracin 27. Catalogo de Vlvula [2]

En el cuarto 4 se tiene:

P condensacin = 309.9 psigP evaporacin = 70.9 psigUtilizando la ecuacin (2):

Para 2.583 toneladas de refrigeracin a una cada de presin de 175 psig y temperatura de evaporacin de 40F se pueden seleccionar las vlvulas de tipo AA/AN/AAC/ANC/AFA con capacidad nominal de 1-1/4 toneladas, la cual cuenta con una capacidad de 1.88 toneladas, menor a la calculada.

En el cuarto 5 se tiene:P condensacin = 309.9 psigP evaporacin = 58 psig

Para 3.25 toneladas de refrigeracin a una cada de presin de 175 psi y a una temperatura de evaporacin de 20F se pueden seleccionar las vlvulas de tipo AA/AN/AAC/ANC/AFA con capacidad nominal de 2-1/4 toneladas, que trabaja con 3.07 toneladas inferior a la requerida.

Ilustracin 28. Seleccin de la vlvula [2]

6. Seleccin de las vlvulas solenoides

Cuartos 1, 2 y 3Consultando el catalogo Emerson Climate para vlvulas solenoides, se encuentra que a una cada de presin de 100 psi (mxima diferencia de presin disponible) para una vlvula de gas de descarga los modelos 200RB/200RD 4 son los adecuados para esta aplicacin, ya que manejan 6.45 toneladas, un valor mayor al requerido.Para la vlvula solenoide de la lnea de lquido se asume una cada de presin de 2 psi o menor a travs de la vlvula considerando una temperatura de condensacin de 120Fpara la cual la vlvula apropiada corresponde a los modelos 200RB/200RD 5, que manejan 4.33 toneladas, justo el valor requerido.

Cuarto 4Para la lnea de gas de descarga del compresor una vlvula de los modelos 200RB/200RD 3 de 3.15 toneladas (100 psi) es mas que suficiente para la aplicacin. Para la lnea de lquido una vlvula 200RB/200RD 4 de 4.18 toneladas (2 psi) es la apropiada para el sistema de la habitacin.

Cuarto 5Para la lnea de gas de descarga del compresor una vlvula de los modelos 200RB/200RD 4 de 6.45 toneladas (100 psi) es mas que suficiente para la aplicacin. Para la lnea de lquido una vlvula 200RB/200RD 4 de 4.18 toneladas (2 psi) es la apropiada para el sistema de la habitacin.

Ilustracin 29. Catalogo Vlvula Solenoide [3]

7. Seleccin de los filtros deshidratadores de la lnea de lquido

Cuartos 1, 2 y 3Para estos cuartos el filtro indicado es el EK 08 4, que puede manejar 4.9 toneladas, este filtro tiene conexiones entrada/salida de 1/2 SAE. Cuarto 4Para este cuarto el filtro indicado es el EK 08 3, que puede manejar 2.9 toneladas, este filtro tiene conexiones entrada/salida de 3/8 SAE.

Cuarto 5Para este cuarto el filtro indicado es el modelo EK 08 3 S que maneja 3.3 toneladas de refrigeracin, este filtro tiene conexiones entrada/salida 3/8 ODF.

Ilustracin 30. Catalogo Filtros deshidratadores [4]

8. Seleccin de las mirillas indicadoras de nivel de lquidoEl indicador apropiado para una lnea de lquido dada ser el que se ajuste al dimetro de la tubera de esta lnea.

Cuartos 1,2 y 3Para una lnea de lquido con tuberas de 5/8 pulgadas se escoge el modelo HMI-1MM5, tambin es posible escoger el modelo HMI-1TT5, todo depende del tipo de conexin que se establezca con la tubera.

Cuartos 4 y 5Para una lnea de lquido con tuberas de 1/2 pulgadas se escoge el modelo HMI-1MM4, tambin es posible escoger los modelos HMI-1TT4 y HMI-1FM4 de acuerdo al tipo de tubera y a la conexin a esta.

Ilustracin 31. Catalogo Mirilla [5]

9. Seleccin del acumulador de succin (Opcional)

Los acumuladores de succin se seleccionan de acuerdo a la carga total del sistema, deben ser capaces de recibir la carga mxima posible hacia el compresor que pueda darse en un sistema en un solo ciclo, se asume que esta es ms o menos el 50% de la carga total disponible. Sin embargo la determinacin de la carga de refrigerante se hace de manera emprica por medio de varias pruebas con un tubo capilar y diferentes cargas estimadas de acuerdo a la carga ideal, por lo cual se seleccionar el acumulador por medio del flujo de refrigerante y el tiempo que demora en recorrer este las tuberas, obtenindose de manera aproximada la masa total de refrigerante en el sistema.

Cuartos 1 y 2Para un flujo msico de refrigerante de 1390 Lb/h, teniendo en cuenta que el refrigerante recorre la lnea de succin de 65.617 pies de largo a una velocidad de 2338 fpm, la lnea de descarga de 16.404 pies a 2192 fpm y la de lquido de 65.617 pies a 235 fpm, y asumiendo que el tiempo que se demora la masa de refrigerante en recorrer el sistema transcurre en su mayora en el paso por las tuberas, se calcula la masa aproximada de refrigerante a la entrada del compresor de este modo:

El acumulador a escoger deber soportar al menos la mitad de esta masa, es decir 1.655 Kg (La masa real debe ser mayor ya que no se tom en cuenta el tiempo de paso por los equipos), de modo que se escoge el modelo AS-585-7 que soporta 2.497 Kg de carga.

Cuarto 3Para un flujo msico de refrigerante de 1310 Lb/h, con lneas iguales a las de los cuartos 1 y 2 se tiene:

Luego entonces, para una masa de 1.56 Kg (50% carga total), se escoge el modelo AS-4100-6 que soporta 1.589 Kg de carga.

Cuarto 4Para un flujo msico de refrigerante de 690 Lb/h, teniendo en cuenta que el refrigerante recorre la lnea de succin de 65.617 pies a una velocidad de 1967 fpm, la lnea de descarga de 16.404 pies a 1719 fpm y la de lquido de 65.617 pies a 196 fpm, se tiene que:

Luego entonces, para una masa de 0.985 Kg (50% carga total), se escoge el modelo AS-3115-5 que soporta 1.135 Kg de carga.

Cuarto 5Para un flujo msico de refrigerante de 760 Lb/h, teniendo en cuenta que el refrigerante recorre la lnea de succin de 65.617 pies a una velocidad de 1729 fpm, la lnea de descarga de 16.404 pies a 2254 fpm y la de lquido de 65.617 pies a 254 fpm, se tiene que:

Luego entonces, para una masa de 0.815 Kg (50% carga total), se escoge el modelo AS-394-5 que soporta 0.908 Kg de carga.

Ilustracin 32. Catalogo para acumulador de succin [6]

10. Seleccin de la vlvula de bola

Las vlvulas de bola se seleccionan de acuerdo al dimetro de la tubera en la que se quiera colocar, se debe considerar al menos una vlvula de bola en la lnea de gas despus del evaporador, la cual corresponde a la lnea de succin.

Cuartos 1,2 y 3Las lneas de succin tienen tuberas de 1-5/8 pulgadas, para las cuales se requiere una vlvula de bola con este tamao, esta vlvula corresponde al modelo BVE/BVS-158 (BVE y BVS sin y con vlvula de acceso respectivamente).

Cuarto 4 Las lneas de succin tienen tuberas de 7/8 pulgadas, para las cuales se requiere una vlvula de bola modelo BVE/BVS-78.

Cuarto 5Las lneas de succin tienen tuberas de 1-1/8 pulgadas, para las cuales se requiere una vlvula de bola modelo BVE/BVS-118.

Ilustracin 33. Catalogo para vlvula de Bola [7]

11. Seleccin de los separadores de aceite

Los cuartos manejan cargas de 4.33 toneladas, el cuarto 4 maneja una carga de 3.25 toneladas y el cuarto 5 maneja una carga de 3,25 toneladas, para las cuales el modelo A-F 58855, que a 4C (38.2F) soporta 5.5 toneladas y a -40C (-40F) soporta 4 toneladas puede manejar, considerando que -11F esta en un punto relativamente intermedio (mas del lado de -40F) y 22 y 32F son cercanos a 38.2F, se puede aceptar este modelo, uno para cada cuarto (uno por compresor).

Ilustracin 34. Catalogo separadores de aceite [8]

12. Referencias.

1. Catalogo BOHN para evaporadores2. Catalogo Emerson Climate para vlvulas de expansin tipo ton3. Catalogo Emerson Climate para vlvulas solenoides4. Catalogo Emerson Climate para filtros deshidratadores5. Catalogo Emerson Climate para mirillas indicadoras de nivel de lquido6. Catalogo Emerson Climate para acumulador de succin7. Catalogo Emerson Climate para vlvula de bola8. Catalogo Emerson Climate para separadores de aceite

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