Planeación Antes de la Construcción

Aunque la planeación y construcción de un cuarto frío tiene un costo inicial alto, es más económico que otras estructuras agrícolas.

Además, evitando un costo en la construcción, aquellas personas con ligeros conocimientos, pueden diseñar sus propias estrategias

de enfriamiento, para las necesidades específicas, e igualmente, asumir su construcción, asegurando su efectividad debida a la

correcta elección del mismo, basándose en los parámetros que se describen en el transcurso de este trabajo.

Tipos de Producto

Los diferentes tipos de frutos, tienen diferentes requerimientos de frío. Por ejemplo, las fresas, manzanas y el brócoli requieren

temperaturas cercanas al punto de congelación, mientras que la calabaza o el tomate puede verse gravemente afectado por

temperaturas bajas. (Ver Tabla)

Tabla. Algunos productos que soportan daño por frío.

Sensibles al fríoAbajo de 40-45ºF

Sensibles a congelamientoAbajo de 32ºF

Fríjol (Todos los tipos) ManzanasBerenjenas Espárragos

Maíz tierno

Si se almacenan o enfrían volúmenes pequeños de producto (con diferentes requerimientos de frío), la temperatura que debemos

manejar será la mayor que no cause daño por frío al fruto más susceptible. Esta temperatura, cualquiera que ésta sea, no provee la

temperatura óptima de almacenamiento para los otros tipos de frutos.

Algunos frutos y vegetales producen un gas natural conocido como etileno, y ayuda al producto a acelerar su madurez. Otros, no lo

producen, pero son bastante sensibles a él. (Ver tabla). Para productos sensibles, cantidades mínimas de gas etileno pueden acelerar

el proceso de maduración incluso a bajas temperaturas, por lo cual será muy importante no almacenar frutos que sean sensibles a

este gas, junto a otros que lo produzcan.

Tabla. Frutas y verduras que producen etileno o que son sensibles al etileno.

Productores de etileno Sensibles al etilenoManzanas Zanahorias

Flores cortadasHabichuelas

CalabazasBerenjenas

Además de la sensibilidad al etileno, algunos productos generan olores que son rápidamente absorbidos por los otros frutos, como

sucede con las manzanas y las cebollas. La mayoría de los problemas de almacenar productos mezclados pueden ser evitados, si se

tienen presentes los requerimientos de cada producto.

Tamaño de la Unidad de Refrigeración

La capacidad de enfriamiento y la de almacenamiento dependen del tamaño de la estructura y de la capacidad del sistema de

refrigeración, así que es básico determinar la cantidad de producto que se desea enfriar y almacenar. Un sistema de refrigeración

puede semejarse a una bomba que mueve calor de una parte a otra. La capacidad de enfriamiento es una medida de la velocidad a la

que un sistema puede transferir energía calórica y es expresada normalmente en toneladas. Una tonelada de refrigeración es la que

puede transferir el calor necesario para disolver una tonelada de hielo en un período de 24 horas (288.000 BTU). Dicho de otra

manera, un sistema de refrigeración de una tonelada es, teóricamente, capaz de congelar una tonelada de agua en 24 horas, es decir

que puede transferir 288.000 BTU in 24 horas o 12.000 BTU por hora.

El tamaño correcto de una unidad de refrigeración es determinada por tres factores.

El primero de los cuales es el volumen de producto a ser enfriado y su empaque, ya que muchos productos son vendidos en cajas

o bolsas. Obviamente, a mayor cantidad de producto a enfriar, mayor será la unidad de refrigeración.

El segundo factor es el tiempo mínimo requerido de enfriamiento desde el comienzo al final del mismo, para prevenir la

degradación rápida del producto. El enfriamiento rápido debe evitarse, ya que puede ocasionar daños en el fruto y se requerirán

equipos de altos costos y consumos de energía eléctrica. Enfriar una carga de producto en dos horas, en vez de hacerlo en cuatro

horas, puede requerir dos veces la capacidad de refrigeración y el costo del consumo de energía puede ser tres veces el inicial o

más.

El tercer factor es la naturaleza del diseño constructivo de la unidad de refrigeración, es decir su tamaño, el sistema de

manejo del aire y su operación.

Ya que, en una instalación típica, aproximadamente la mitad de la capacidad de refrigeración es usada para retirar el calor ganado

por los pisos, las paredes, el techo y las puertas, es importante saber manejar esta tipo de “pérdidas” de frío.

Capacidad de Almacenamiento

La decisión de enfriar y embarcar el producto inmediatamente o almacenarlo por un tiempo, muchas veces no depende sólo del tipo

de producto y de sus condiciones de mercadeo; también depende del aprovechamiento del espacio en la instalación, los cuales serán

determinados por el tipo de producto y su desarrollo. Obviamente, productos altamente perecederos requieren menor ubicación

espacial de almacenamiento que frutos menos perecederos, simplemente porque los primeros no pueden ser almacenados por largos

periodos de tiempo sin ocasionar pérdidas en su calidad.

Si el presupuesto de la construcción lo permite, se aconseja construir un espacio de almacenamiento suficiente para mínimo un día

de cosecha de los productos más perecederos. Es mucho más fácil construir inicialmente un espacio de almacenamiento adecuado,

que tratar de adicionarlo luego. El costo por metro cuadrado disminuye y la eficiencia del consumo de energía aumenta con el

tamaño del cuarto frío, hasta cierto punto. El espacio de almacenamiento no puede ser pasado por alto, ya que uno de los mayores

beneficios de la instalación de enfriamiento Poscosecha es la flexibilidad que se puede dar al mercado, lo que permite largos

periodos de almacenamiento.

De otro lado, un exceso en el dimensionamiento del espacio de almacenamiento ocasionará gastos innecesarios de energía y de

dinero. Para determinar la cantidad de espacio refrigerado a construir

Debemos recordar que el techo debe tener mínimo 18 pulgadas más, que la altura de apilamiento de los productos que se van a

enfriar. Para frutos empacados en bultos, el volumen debe convertirse a bushels antes de aplicar la ecuación anterior.

Empaques del Producto

La industria de productos frescos presenta toda una gama de empaques y contenedores tales como cajas de fibra, cajas de cartón,

bolsas, canastas y bandejas, algunas de las cuales mencionaremos más adelante. Los tipos de empaques que sean seleccionados

deben ser estándar para el mercado, ya que los productos empacados en “cajas gasolineras”, en “guacales” o en otros tipos de

recipientes, no logran un volumen típico.

Este tipo de empaques, como los que se resaltan en el óvalo a la derecha de la figura, son muy frecuentes en Colombia y hasta la

actualidad no se han suprimido del mercado. Sin embargo, algunas empresas exigen a sus proveedores, el manejo de frutas y

vegetales en cajas de un plástico muy resistente, que fueron diseñadas hace unos 13 años y que cumplen con los requerimientos de

un buen empaque.

Ubicación y Disposición de la Instalación

La ubicación de la estructura para el enfriamiento refleja su función primaria. Si se planea llevar el producto fresco directamente al

consumidor, la estructura debe estar cerca a la carretera, ya que un cuarto y una sede administrativa que no se vea puede tener

problemas obvios de mercadeo. Debe, además tener sitios de estacionamiento para compradores y empleados, de ser necesario. Si la

empresa va a usar la estructura de refrigeración como una conexión con el mercado, es decir con los intermediarios, se debe

incentivar la publicidad y realizar contactos personales, al fundar la empresa.

Ya que la función primaria de la instalación de enfriamiento es precisamente enfriar y reunir lotes de ventas al por mayor, la

facilidad de acceso al público no es menos importante. En ese caso, la mejor ubicación del cuarto frío, puede ser adyacente a la zona

de selección y empacado. Todas estas estructuras, junto con los cuartos fríos deben estar convenientemente cercanos al cultivo, con

el fin de disminuir el tiempo que transcurra desde el momento de la cosecha hasta el enfriamiento.

Conociendo como se va a usar, la estructura requiere instalaciones eléctricas e hidráulicas y para grandes cuartos fríos, que

generalmente requieren más de 10 toneladas de refrigeración en una sola unidad, debe disponerse de instalaciones trifásicas.

La ubicación de estas instalaciones deben ser planeadas cuidadosamente, debe considerase su costo para las zonas rurales y por tanto

deben realizarse los contactos necesarios con las empresas electrificadoras y de acueductos locales. Además, es útil considerar

crecimientos futuros de la estructura cuando diseñe y se disponga su ubicación. Antes de comenzar la construcción, debemos

conocer las normas, leyes y códigos pertinentes a la construcción y disposición de sistemas eléctricos, de salud de los trabajadores y

el manejo y almacenamiento de productos comestibles.

Ubicación de la planta de congelado.

Ubicación y disposición de la instalación

La ubicación de la estructura para el enfriamiento refleja su función primaria. Si se planea llevar el producto fresco directamente al

consumidor, la estructura debe estar cerca a la carretera, ya que un cuarto y una sede administrativa que no se vea pueden tener

problemas obvios de mercadeo. Debe, además tener sitios de estacionamiento para compradores y empleados, de ser necesario. Si la

empresa va a usar la estructura de refrigeración como una conexión con el mercado, es decir con los intermediarios, se debe

incentivar la publicidad y realizar contactos personales, al fundar la empresa.

Ya que la función primaria de la instalación de enfriamiento es precisamente enfriar y reunir lotes de ventas al por mayor, la

facilidad de acceso al público no es menos importante. En ese caso, la mejor ubicación del cuarto frío, puede ser adyacente a la zona

de selección y empacado. Todas estas estructuras, junto con los cuartos fríos deben estar convenientemente cercanos al cultivo, con

el fin de disminuir el tiempo que transcurra desde el momento de la cosecha hasta el enfriamiento.

Conociendo como se va a usar, la estructura requiere instalaciones eléctricas e hidráulicas y para grandes cuartos fríos, que

generalmente requieren más de 10 toneladas de refrigeración en una sola unidad, debe disponerse de instalaciones trifásicas.

La ubicación de estas instalaciones deben ser planeadas cuidadosamente, debe considerase su costo para las zonas rurales y por tanto

deben realizarse los contactos necesarios con las empresas electrificadoras y de acueductos locales. Además, es útil considerar

crecimientos futuros de la estructura cuando diseñe y se disponga su ubicación. Antes de comenzar la construcción, debemos

conocer las normas, leyes y códigos pertinentes a la construcción y disposición de sistemas eléctricos, de salud de los trabajadores y

el manejo y almacenamiento de productos comestibles.

Situación Geográfica.

Conocedores de la continua y creciente demanda así como de la rentabilidad que genera su producción y siendo la costa peruana

apropiada para estos cultivos, se vio conveniente establecer en el norte del país una planta para procesar espárrago congelado

destinado a la exportación.

El Valle de Trujillo, fue seleccionado para la planta agroindustrial teniendo en cuenta:

En Trujillo se logran rendimientos promedios por hectáreas cultivadas que llegan a 10 TM, ya que es el mayor centro esparraguero

del país se logran rendimientos de 4.5 TM por hectárea.

La cercanía al Aeropuerto Internacional. El espárrago se puede exportar de dos maneras; vía marítima si es congelado y vía aérea si

es fresco, debido a los tiempos de perecibilidad. Aunque el tiempo de duración es menor cuando se exporta fresco, muchos lo

prefieren hacer, debido al alto precio que se paga en el mercado internacional, por esta razón la exportación en estado fresco se tiene

que realizar en forma inmediata y continua, lo que sería realmente un problema si no se contara con un Aeropuerto cercano.

Capacidad Instalada.

El presente túnel, tendrá una capacidad nominal de congelamiento de 8000 TM/6 horas de espárra

Compresores.

Los compresores más comúnmente empleados en los sistemas de refrigeración de alimentos son los de pistón o émbolo, los

rotatorios y los centrífugos. Los dos primeros son de desplazamiento positivo, efectuándose la compresión del vapor mediante un

miembro compresor. En los de pistón, como su nombre indica, el miembro compresor es un pistón mientras que en los rotatorios el

miembro compresor puede ser un pistón rodante, una aleta rotatoria o un lóbulo helicoidal o tornillo. En el compresor centrífugo la

compresión se produce por la acción de la fuerza centrífuga la cual es desarrollada a medida que el vapor es girado por un impulsor

de alta velocidad.

El tipo de compresor empleado en cada aplicación específica depende del tamaño y la naturaleza de la instalación y del refrigerante

utilizado.

El compresor pistón constituye uno de los más divulgados en los sistemas de refrigeración de alimentos, adaptándose especialmente

a refrigerantes que requieran desplazamientos relativamente pequeños y presiones de condensación relativamente altas.

La potencia requerida por unidad de capacidad de refrigeración y el volumen de succión por unidad de capacidad de refrigeración

constituyen indicadores de la operación de estos compresores.

Entre los cálculos que pueden realizarse están la determinación de la capacidad de refrigeración y la potencia requerida al variar las

temperaturas de evaporación y condensación. Asimismo, la selección de un compresor para condiciones específicas de operación

reviste resulta de importancia práctica.

Evaporadores.

El equipo donde se produce la ebullición del refrigerante producto de la absorción de calor desde el foco frío recibe el nombre de

evaporador. Aunque lo que se produce es una ebullición y no una evaporación, universalmente se acepta la denominación de

evaporador para designar al equipo donde ocurre este proceso.

Debido a la cantidad y variedad de requisitos que deben cumplir estos equipos en función de sus diversas aplicaciones, ellos son

fabricados en una amplia gama de tipos, formas, dimensiones y diseños, pudiendo clasificarse según el medio refrigerado, el

principio de operación, las características de la superficie de transferencia y según la forma de circulación del fluido a enfriar.

La capacidad de refrigeración de un evaporador está dada por la razón a la cual se trasmite el calor a través de sus paredes,

proveniente del espacio o producto refrigerado al refrigerante líquido que circula por su interior, el cual se vaporiza. Esta capacidad

está determinada por los factores que gobiernan la transferencia de calor a través de cualquier superficie, esto es, el coeficiente de

transferencia de calor, el área de transferencia y la diferencia de temperaturas.

La selección de evaporadores para una aplicación específica constituye un elemento de utilización práctica.

Condensadores.

El calor total rechazado en el condensador incluye tanto el calor absorbido en el evaporador como la energía equivalente al trabajo

de compresión. Cualquier calor absorbido por el vapor de succión desde el aire de los alrededores también forma parte da la carga

térmica del condensador. Como el trabajo de compresión por unidad de capacidad de refrigeración depende de la relación de

compresión, la cantidad de calor rechazado en el condensador varía con las condiciones de operación del sistema.

Los condensadores se agrupan de manera general en enfriados por aire, enfriados por agua y evaporativos.

De igual forma que los evaporadores la capacidad del condensador está determinada por los factores que rigen la transferencia de

calor.

La selección de condensadores para una aplicación dada resulta de interés práctico.

Dispositivos de expansión.

Los dispositivos de expansión tienen una doble función, la de reducir la presión del líquido refrigerante y la de regular el paso de

refrigerante a través del evaporador.

Entre estos dispositivos se encuentran el tubo capilar, la válvula de expansión manual, la válvula de flotador y la válvula

termostática.

La localización de estos dispositivos así como sus accesorios resultan de especial importancia ya que de ello dependerá su adecuado

funcionamiento.

Sistema.

Una consideración importante es establecer las relaciones de balance entre las secciones vaporizante y condensante del sistema, esto

es, que la rapidez con que se lleve a cabo la ebullición sea igual a la rapidez con que se produce la condensación.

Como todos los componentes del sistema están conectados en serie, el flujo de refrigerante que circula a través de ellos es el mismo,

por lo que la capacidad de todos ellos coincidirá. La selección de los equipos del sistema debe garantizar igual capacidad de

refrigeración a la temperatura de ebullición requerida para lograr remover la carga térmica. Sin embargo, cuando todos los equipos

no cumplen con esta condición resulta importante determinar el punto de equilibrio correspondiente a esta condición.

Carga térmica.

La carga térmica o carga de refrigeración constituye un cálculo importante en los sistemas de refrigeración. Esta carga es el calor

que debe ser removido desde el foco frío, a través del evaporador, para que en él se mantenga la temperatura requerida.

Las fuentes que contribuyen a la carga térmica son:

1. Carga de los productos: se incluyen las cargas originadas al llevar el producto, los envases y embalajes y los medios de sustentación

empleados en las cámaras, a la temperatura de conservación; en el caso de la refrigeración de frutas y vegetales esta carga debe

contemplar además el calor de respiración.

2. Carga por transferencia de calor a través de estructuras: comprende las cargas térmicas debido al calor que se transfiere desde el

exterior a través de paredes, techo y pisos de las cámaras.

3. Carga por ventilación: se refiere a la carga térmica debida a la ventilación controlada de los productos. El almacenaje refrigerado de

frutas y vegetales frescos requiere de esta ventilación para garantizar que la composición de la atmósfera del almacén no se afecte

por la propia actividad metabólica de estos productos.

4. Carga por apertura de puertas: esta carga térmica es consecuencia de la apertura de las puertas, lo que provoca que el aire exterior

penetre a la cámara.

5. Carga por el personal: se encuentra referida al calor que aportan las personas que penetren en la cámara, resultando dependiente de

la temperatura en esta y de la actividad que se realiza.

6. Carga por equipos eléctricos: incluye las cargas por la iluminación así como por motores en funcionamiento dentro de la cámara,

básicamente referidos a los de los evaporadores con movimiento forzado del aire.

Las variables que intervienen en el cálculo de las diferentes cargas térmicas pueden evaluarse haciendo uso de información reportada

en la literatura.

Refrigerante.

Se denomina refrigerante a la sustancia mediante la cual se efectúa el transporte de calor desde el cuerpo a enfriar o foco frío, hasta

los alrededores o foco caliente.

Entre los refrigerantes se tienen:

Hidrocarburos halogenados

Mezclas azeotrópicas

Hidrocarburos

Compuestos inorgánicos

Compuestos orgánicos no saturados.

Los hidrocarburos halogenados son obtenidos mediante la sustitución de uno o más átomos de hidrógeno en las moléculas de

hidrocarburos por átomos de fluor y cloro. Entre estos se encuentran los conocidos freones, de los cuales el freón 12 constituye el de

mayor riesgo para el medio ambiente por los daños que ocasiona sobre la capa de ozono. Sobre la base del Protocolo de Montreal se

ha establecido un plazo para su sustitución definitiva, existiendo también un cronograma para la sustitución paulatina de otros

refrigerantes halogenados.

Entre los compuestos inorgánicos el amoníaco resulta el más empleado en la actualidad.

A pesar de que son muchas las sustancias que pudieran ser utilizadas como refrigerantes, solo un determinado número de ellas

pueden emplearse como tales.

Estas sustancias deben reunir toda una serie de requisitos, por lo que la elección de un refrigerante debe tomar en consideración

diversos criterios como son:

Criterios térmicos: presión a las temperaturas de ebullición y condensación, temperatura crítica, razón de compresión, calor

absorbido en el evaporador por unidad de volumen del vapor aspirado por el compresor, temperatura de congelación, calor latente

de vaporización y calor específico del líquido y del vapor.

Criterios técnicos: Acción sobre los metales y sus aleaciones, acción sobre los lubricantes, efecto sobre el medio a enfriar,

comportamiento en presencia de agua, coeficientes de transferencia de calor del líquido y del vapor, tendencia a las fugas y su

detección y viscosidad.

Criterios de seguridad: toxicidad, inflamabilidad y no formar mezclas explosivas con aire.

Criterios medio-ambientales: acción sobre la capa de ozono

No existe un refrigerante que cumpla con todos los requisitos señalados, por lo que su elección debe realizarse tomando en cuenta

las particularidades de la aplicación. En la actualidad los requisitos ambientales se consideran una limitante para la elección.

La transferencia de calor entre el cuerpo enfriado y el refrigerante se puede efectuar de manera directa o indirecta. La forma directa

es aquella en la que se produce el intercambio entre el refrigerante y el medio enfriado (aire en una cámara refrigerada, por

ejemplo). En tales casos el refrigerante se denomina primario. En la forma indirecta se emplea un refrigerante auxiliar, de manera

que el calor se trasmite de este refrigerante auxiliar y de este a un refrigerante primario en el evaporador. Este refrigerante auxiliar

constituye un refrigerante secundario.

Los refrigerantes secundarios también deben responder a una serie de requerimientos. En el caso de requerirse temperaturas de

congelación son empleadas las soluciones salinas denominadas salmueras.

Un aspecto de interés práctico lo constituye la selección de la salmuera así como su composición.

Aislante.

La finalidad del aislante es.

Disminuir la carga térmica debido a la transmisión de calor por las paredes, techos y pisos.

Evitar la condensación de la humedad del aire atmosférico en el lado externo de la cámara, para lo cual debe verificarse que para el

espesor de aislamiento seleccionado, la temperatura de la superficie externa de la cámara sea superior a la temperatura de rocío del

aire atmosférico.

En la selección del espesor del aislante debe tener en cuenta de que cuando el espesor se incrementa, el costo debido al aislamiento

tiende a aumentar mientras que el costo debido al equipo tiende a disminuir en la figura Nº 01 se muestra la forma de obtener el

espesor económico de aislamiento que requiere el conocimiento de los costos de almacenamiento, de las características del aislante,

COSTO ($/años)

COSTO TOTAL

COSTOS DE REFRIGERACIÓN

FIGURA Nº 1

del costo de refrigeración suministrada y el numero de horas que la refrigeración será usada en el año. El espesor de aislamiento

óptimo es aquel que hace mínimo el costo total. Mac Millan, a expresado los costos matemáticamente y obtuvo el espesor óptimo

derivando el costo total con respecto al espesor e igualando a cero

Características que Deben Tener un Buen Aislante son:

Baja conductividad térmica: con la finalidad de que el aislante sea pequeño y no disminuya demasiado el

volumen de la cámara

Bajo peso especifico: a fin de no sobrecargar la estructura de la cámara

Otras características:

Pueden ser de origen animal, vegetal o mineral

Deben tener resistencia a los roedores e insectos

Resistencia mecánica, pueden de ser de plancha o a granel prefiriéndose a los de plancha por que son fáciles de

revestir y los de a granel con el tiempo tienden asentarse

Libre de olor en estado seco y húmedo

Fácil sellar contra la humedad (impermeabilidad), lo importante es impedir la penetración del agua

Resistencia a la descomposición

No sea afectada por la vibración

Resistencia al fuego

Bajo costo

Calculo del Espesor del Aislante.

Como la transferencia de calor es por conducción y radiación (esta ultima se puede despreciar).

Donde:

Kp : Conductividad térmica del aislante.

Kc : Conductividad térmica del corcho (0.04 Kcal/hrm°C).

Xp : Espesor del aislante en plg.

Xc : Espesor del corcho en plg.

Tipos de Evaporación.

Existen varios tipos de evaporación para su funcionamiento dependiendo del proceso a enfriar, los niveles de temperatura, la

cantidad de refrigeración requerida, etc.

En este sentido, es que se ha desarrollado dos tipos básicos de expansión del refrigerante, los cuales a continuación se exponen:

Expansión directa, se utiliza principalmente para temperaturas mayores a 0 ºC, se debe tener en cuenta que la

eficiencia de la transferencia de energía disminuye al bajar la presión durante la expansión ya que el amoniaco ingresa en estado de

vapor húmedo.

Para la expansión directa se usa una válvula de expansión que reduce la sección de paso de líquido refrigerante aumentando la

velocidad y disminuyendo la presión y temperatura.

Inundado: se puede usar este sistema para niveles de baja y alta temperatura en los que se requiere una alta

eficiencia de evaporación. Para lograr que un evaporador este inundado se debe instalar un tanque separador de amoniaco encima

de el. Por gravedad el evaporador se llena o inunda de amoniaco líquido.

Teniendo en cuenta, aspectos fundamentales como Niveles de temperatura, requerimiento térmico del ambiente y tamaño del

sistema frigorífico, se diseña el sistema con un tipo de evaporación inundado.

Número de Etapas.

De acuerdo a la relación de presiones máximas, mínimas existentes en el sistema, se determina si son necesarias una o dos etapas

para lo cual si la relación entre presión de descarga / presión de succión es mayor de 8, se necesitarán dos etapas de compresión, si

es menor o igual que 8 es suficiente una sola etapa de compresión

TABLA Y CUADRO

Tabla 1

Espesores de corcho ó su equivalente a diferentes temperaturas.

Temperatura de la cámara (ºC) Espesor en pulgadas

-42.78 a –26.11 10

-26.11 a –17.78 8

-17.78 a 9.44 7

-9.44 a –3.89 6

-3.89 a 1.67 5

1.67 a 10.0 4

10.0-15.56 3

Cuadro 1

Resultado de Espesores

Ambiente Temperatura 0C Espesor (poliuretano)

Cámara Enfriamiento 2 2”

Cámara Congelado -18 4”

Túnel Congelamiento -35 4“ y 6”

Sala de empaque 10 2“

TEORIA Y

CALCULO DE CARGA TERMICA

La temperatura óptima de almacenamiento debe ser continuamente mantenida para obtener todos los beneficios que brinda el cuarto

frío. Para asegurar que el cuarto está a la temperatura indicada, debe calcularse la capacidad de refrigeración requerida, usando las

condiciones más críticas que puedan ocurrir durante esta operación. Estas condiciones incluyen el valor máximo en la temperatura

exterior, la máxima carga de producto a enfriar por día y la máxima temperatura del producto al ser enfriado. La carga total de calor

que el sistema puede remover en el cuarto frío se denomina carga de calor. Las entradas de calor provienen de los siguientes

campos

Carga Térmica.

La carga de enfriamiento rara vez es el resultado de una sola fuente de calor. Mas bien es la suma de cargas térmicas en las que

estan involucradas diversas fuentes.

Aunque la capacidad de un equipo de refrigeración se expresa en Kw o Btu/hora o Kcal/hora, en aplicaciones de refrigeración la

carga total de enfriamiento por lo general se calcula para periodos de 24 horas. Entonces para calcular la capacidad requerida del

equipo será:

Donde:

Qt : Carga Térmica total en (kcal / 24horas).

N : Tiempo deseado de funcionamiento.

Por la necesidad de deshelar el evaporador a intervalos frecuentes, no resulta practico diseñar los sistemas de refrigeración de tal

manera que el equipo trabaje continuamente a fin de manejar la carga. No importando el método que se utiliza para el deshielo, este

requiere de determinado tiempo de acción durante el cual el sistema dejara de funcionar y de acuerdo al tiempo de descongelamiento

se usa como regla general el valor de 18 horas como tiempo de funcionamiento.

Cargas Térmicas por Paredes.

Ya que no se dispone de un aislamiento perfecto, siempre se tendrá una cierta cantidad de calor que esta pasando del exterior hacia

el interior, debido a que la temperatura en el interior es menor que la temperatura en el exterior.

El calor ganado por las paredes, techo y piso varia con los siguientes factores:

Tipo y espesor de aislamiento.

Construcción.

Área superficial exterior

Diferencia de temperatura entre el espacio refrigerado y la del aire ambiente, corregida de acuerdo a la

incidencia de la luz solar.

El calor ganado por la transmisión (Qa) es:

Donde:

Q :Transferencia de calor (kcal / 24 horas).

U :Coeficiente de transferencia de calor total (kcal / hrm2°C).

A :Área superficial externa (m2).

T :Diferencia de temperatura exterior e interior (°C).

Coeficiente Global de Transferencia de Calor.

Se define como la intensidad total de transferencia de calor a través de un material o miembro estructural compuesto con paredes

paralelas.

La forma más sencilla para calcular el factor "U", es hallando primero la resistencia total "R" y después su reciproco.

Donde:

fi , fe : coeficiente de película de aire interno y externo respectivamente de la cámara que para nuestro caso tomamos:

fi = 7 kcal / hr m2 °C.

fe = 25 kcal / hr m2°C.

x2, x3 : espesar de las diferentes capas que componen la pared (m).

k2, k3 :conductividad térmica de las diferentes capas que componen la pared (kcal / hr m°C).

Basados en el data book de la ASHRAE es costumbre calcular el Coeficiente considerando únicamente el aislamiento y para tal

efecto podemos utilizar también la Tabla 2.

Así:

Donde :

K: Conductividad térmica (kcal / hr m°C).

X: Espesor de aislamiento (m)

U: Coeficiente global de transferencia de calor (kcal / hrm2°C).

Para efectos de calculo de la carga térmica en cámara con paredes o techos expuestos a carga radiante, es preferible realizar él

calculo pared por pared.

Corrección de Temperatura por el Efecto Solar.

Tomando en cuenta la siguiente recomendación:

Que a la diferencia de temperaturas se le incrementa en D, y el valor D depende de la orientación y el color de la pared (Tabla 3).

Donde se dan los grados celsius que han de añadirse a la diferencia de temperatura normal en los cálculos de transmisión de calor

para compensar el efecto solar.

Cargas Térmicas por Cambios de Aire.

La ganancia de calor en el espacio refrigerado como resultado de los cambios de aire es difícil de calcular con exactitud, excepto en

algunos pocos casos en que se conoce la cantidad de aire introducido al espacio para fines de refrigeración.

Cuando se conoce la masa de aire exterior que ingresa al espacio en un

periodo de 24 horas, el calor ganado dentro del espacio como resultado

de los cambios de aire depende de la diferencia de entalpias del aire a las

condiciones interiores y exteriores. Excepto en aquellos pocos casos en

que el aire es a propósito introducido al espacio refrigerado, los cambios

de aire que se tiene en el espacio son principalmente de infiltración a través de

las puertas que se abren. La cantidad de aire que se infiltra en un periodo de

24 horas debido a puertas que son abiertas, depende del número, tamaño y

localización de la puerta y sobre todo de la frecuencia y el tiempo que las

puertas quedan abiertas.

Debido a que el efecto combinado de todos estos factores es difícil predecir

con exactitud razonable, es practico estimar la cantidad de cambios de aire en base a la experiencia tenida en aplicaciones similares.

La Tabla 4 permite él calculo del número promedio de cambios de aire esperados por 24 horas para ambientes sobre y bajo de 0°C.

Una vez terminada la intensidad de la filtración, la carga de calor puede calcularse a partir de la ganancia de calor por metro cúbico

de infiltración, según se establece en la tabla. Para cálculos precisos, el calor puede determinarse con la diferencia de entalpia entre

el aire que entra y las condiciones del aire de la cámara de almacenamiento. Finalmente el calor de infiltración se calculara:

Donde :

Qd :Kcal / 24 horas.

V :Volumen en m3.

f1 :De la tabla N° 4, cambios de aire / 24 horas.

f2 :Diferencia de entalpías ( he - hi ) Tabla 5 ( kcal / m3 ).

De esta manera determinamos con aproximación el calor de infiltración para 24 horas ( Qd ).

a) Cámara con volúmenes menores de 40m3

Esta carga se considera en forma conjunta con las cargas: producto, iluminación, etc. Y están dados por un factor US.

Donde:

AT: área total de la cámara.

US: factor que depende de la aplicación de la cámara

SERVICIO LIGERO: pocas aperturas de, poca mercadería. .

movimiento normal de producto, cámara no sujeta a temperaturas muy bajas.

.

SERVICIO PESADO: refrigeradoras en locales donde las temperaturas externas son elevadas, gran movimiento de producto ejm. Cámara de cocinas de hoteles y

restaurantes.

.

b) Cámara de volúmenes mayores de 40 m3

Cada ves que se habrá una puerta de una cámara frigorífica una parte del aire de la cámara sale y entra en su lugar el mismo

volumen de aire exterior. Este flujo de aire caliente que entra en la cámara representa una carga térmica. Pues el aire en las

condiciones exteriores (te,e) deben ser llevado a las condiciones de la cámara (ti,i).

Donde:

Humedad relativa del aire exterior.

Humedad relativa del aire interior.

Es conveniente que el aire exterior que entra en el espacio refrigerado esté tan cercano como sea posible a la temperatura de

almacenamiento.

Si el contenido de humedad del aire de entrada es mayor que el espacio refrigerado, este exceso de humedad se condensara y el calor

latente de condensación necesario se agregara a la carga de refrigeración.

El flujo de calor puede ser calculado como sigue:

Donde:

: Número de cambio de aire en 24 horas (tabla Nº4).

: Volumen de la cámara en m3.

Donde:

: Entalpía del aire exterior en

: Entalpía del aire interior en

Cargas Térmicas por el Producto.

Cuando el producto entra al espacio de almacenaje a temperatura mayor que la que se tiene dentro del espacio, el producto cederá

calor al espacio hasta que se enfríe a la temperatura que se tiene en el espacio.

Además el sistema deberá llevar los productos a la temperatura de almacenamiento en un plazo determinado que se medirá en horas

desde el ingreso de los mismos.

Cuando el producto va ha ser congelado en la cámara, para efectos del cálculo se debe separar la carga de enfriamiento en tres

partes; la primera cuantifica el calor de enfriamiento desde que ingresa el producto hasta el punto de congelamiento, la segunda el

calor por cambio de fase a la temperatura de congelamiento y la tercera el calor de enfriamiento desde la temperatura de

congelamiento hasta la temperatura final de almacenamiento.

El calor de enfriamiento se calcula con:

Donde :

Q : Cantidad de calor (Kcal/24 horas).

W : Peso del producto (Kg) a enfriarse en 24 horas.

C : Calor específico arriba del punto de congelamiento (Tabla 6).

T1,T2 : Temperatura inicial y final respectivamente (ºC).

Nótese que no interviene el elemento tiempo, pero cuando el tiempo deseado de enfriamiento es menor de 24 horas, la carga

equivalente al producto para un periodo de 24 horas se calcula; dividiendo la cantidad de calor por el tiempo de enfriamiento

deseado del producto para obtener el ritmo horario de enfriamiento, multiplicamos entonces el resultado por 24 horas, para

determinar la carga equivalente del producto para un periodo de 24 horas.

Donde:

Q2 : Kcal/ 24 horas.

W : Peso del producto en Kg por 24 horas.

Hif : Calor latente (Kcal/Kg). Tabla 6.

Cuando el enfriamiento, congelación y almacenamiento se efectúe en un periodo de 24 horas, la suma de las tres partes representa la

carga del producto para 24 horas.

Cuando el tiempo de enfriamiento y congelación para el producto es menor que 24 horas, la suma de las tres partes se dividen por el

tiempo deseado. Si se desease determinar la carga equivalente del producto en 24 horas se multiplicaría entonces por 24 horas.

Cargas Térmicas Debido al Calor por Cargas Misceláneas.

Cuando se enfría un producto en recipiente, tales como leche en botellas o cartones, frutas y legumbres en canastas y cajas, etc. El

calor que entregan los recipientes y materiales de empaque al enfriarse de la temperatura de entrada a la temperatura del espacio,

debe tomarse en cuenta como parte de la carga del producto.

La carga miscelánea consiste principalmente de calor desarrollado por luces y así como personas que trabajan en el mismo.

Personas - Iluminación: Factor (Tabla 7)*número de personas*24 horas.

Cargas Varias

Cargas por Iluminación

La iluminación constituye una fuente de calor que debe ser incluida en la carga de refrigeración. Y el calor cedido por el alumbrado

es de 3.42BTU/hxwatts la carga se calcula mediante la siguiente formula:

Donde:

: Números de focos

W : potencia por foco

T : números horas de funcionamiento

Para calcular el números de focos se considera la siguiente formula.

Donde:

E : nivel mantenido de iluminación

LL : lúmenes de lámpara

K : constante que esta en función del coeficiente de utilización, depreciación de lúmenes de la lámpara, depreciación por suciedad y factor de

balastro.

: Para locales oscuros con luz directa.

: Para locales oscuros con luz indirecta.

Cargas por Motores Eléctricos

La energía que absorben los motores de los ventiladores se transforma parte en energía calorífica, debido a la fricción y al

rendimiento.

Donde:

Factor de conversión, indica la variación de carga por HP

Potencia del motor

Tiempo de funcionamiento de los motores, en h/24h.

Números de motores.

Empleo del Factor de Seguridad.

La carga total de enfriamiento para un período de 24 horas en la suma de las ganancias de calor calculadas en las secciones

anteriores.

Es práctica común el agregar el 5 % al 10 % a este valor, como un factor de seguridad. El porcentaje empleado depende de la

confianza que se tenga en la información empleada para calcular la carga de enfriamiento. Por regla general se emplea 10 %.

Una vez agregado el factor de seguridad, la carga de 24 horas se divide entre el tiempo de operación deseado para el equipo, para

determinar la carga media en K cal / h y el valor de la carga promedio se usa como base para la selección del equipo.

TABLA Y CUADROTabla 2

Valores de la Conductividad Térmica

Material K (kcal/hrmªC)

Lana de vidrio 0,035-0,06

Cartón Corrugado Asfalto

Placa de Poliuretano 0,013-0,016

Papel de Techo

Prefabricado

Acero Inoxidable

Asfalto a 75ºc

Mortero y Cemento

Cemento y Arena

Nota: Esta tabla no es aplicable para diseño de acondicionamiento de aire.

Tabla 3

Corrección de Temperatura por el Efecto Solar

Tipos de superficie

ORIENTACION DE PARED

Este Sur Oeste Techo plano

Superficie color oscuro:

Techo de arcilla negra 4,4 2,8 4,4 11,1

Pintura negra 5,1 3,0 5,0 11,4

Superficie color medio:

Madera sin pintar 2,2 1,1 2,2 5,0

2,8 1,7 2,7 6,6

3,3 2,2 3,3 8,2

Cemento oscuro 4 2,5 3,7 8,6

Pintura roja, gris o verde 4,8 2,7 4,0 9,0

Superficie color claro:

Piedra blanca 1,3 0,9 1,0 3,0

Cemento claro 2,2 1,1 2,2 5,0

Pintura blanca 3,8 2,1 2,6 6,0

Tabla 4

Número promedio de cambios de aire por 24 horas

Volumen (m³)

Cambios de aireSobre 0 ºC Bajo 0 ºC

113.20141.50169.80226.40283.00424.50566.00707.50849.00

1132.001415.002122.502830.005660.008490.00

Nota: - Cuartos con antesala se reducen los cambios de aire en un 50%.

- Servicios pesados se agrega 50%.

- Para cuartos en planta que tienen gavetas duplicar los valores dados.

Tabla 5

Entalpía del aire para diferentes temperaturas y humedades relativas (760 mmHg)

Temperatura(º C)

Humedad Relativa90% 80% 70% 60% 50% 40%-16.7 -16.7 -16.7 -16.7 -16.7 -16.7-14.5 -14.5 -14.5 -14.5 -14.5 -14.5-12.3 -12.3 -12.3 -12.3 -12.3 -12.3-10.2 -10.2 -10.3 -10.3 -10.4 -10.4- 8.2 - 8.2 - 8.3 - 8.3 - 8.4 - 8.4- 7.2 - 7.2 - 7.3 - 7.3 - 7.4 - 7.4- 6.2 - 6.2 - 6.3 - 6.3 - 6.4 - 6.4- 5.2 - 5.2 - 5.3 - 5.4 - 5.5 - 5.5- 4.2 - 4.2 - 4.3 - 4.4 - 4.5 - 4.6- 3.1 - 3.1 - 3.3 - 3.4 - 3.5 - 3.7- 2.1 - 2.1 - 2.3 - 2.4 - 2.5 - 2.7- 1.0 - 1.0 - 1.3 - 1.4 - 1.6 - 1.7 0.2 0.0 - 0.2 0.4 0.6 0.8 1.4 1.2 0.9 0.7 0.4 0.22.70 2.40 2.10 1.80 1.50 1.204.00 3.60 3.30 2.90 2.60 2.205.30 4.90 4.50 4.10 3.60 3.20

6.70 6.30 5.80 5.30 4.70 4.208.20 7.70 7.10 6.50 5.90 5.309.90 9.20 8.50 7.80 7.10 6.4011.7 10.8 10.0 9.20 8.40 7.6013.5 12.5 11.6 10.7 9.80 8.8015.5 14.4 13.4 12.3 11.2 10.117.7 16.5 15.3 14.0 12.7 11.520.2 18.8 17.3 15.8 14.3 12.925.9 23.9 21.9 19.9 18.8 16.032.7 30.0 27.5 24.8 22.2 19.640.9 37.3 33.9 30.5 27.3 23.750.8 46.0 41.6 37.3 32.9 28.4

Tabla 6

Características de algunos alimentos perecibles

Producto

Congelam

Ce (Kcal/Kg-ºC) Calor latente

(Kcal/Kg)

Temperatura

CongelamientoAntes PC Antes PC

-2.2 0.90 0.45 70 --

-2.2 0.80 0.42 60 --

-2.2 0.87 0.45 68 --

-1.1 0.92 0.48 72 -25

-2.2 0.92 0.46 71 --

Mandarina -2.2 0.95 0.51 70 --

-2.0 0.86 0.45 67 -25

-1.4 0.91 0.49 77 --

-1.9 0.85 0.45 67 --

Espárragos -1.2 0.70 0.34 75 -30

-0.5 0.95 0.48 16 --

-1.7 0.94 0.48 62 -30

-0.9 0.94 0.47 74 --

-2.2 0.93 0.47 -- --

- 0.91 0.46 -- --

-1.8 0.68 0.37 45 -25

Mantequilla -1.1 0.64 0.34 09 -05

-2.7 0.76 0.40 56 -20

-1.1 0.76 0.41 57 -25

-2.7 0.78 0.45 54 -25

Ave, pollo -1.7 0.82 0.43 62 -29

Tabla 7

Tiempos de enfriamiento y Factores de Ritmo

PRODUCTO T (H) F

Manzanas 24 0.67

12 0.10

20 0.67

24 1.00

20 0.80

22 0.70

20 1.10

20 0.90

22 0.70

Duraznos 24 0.62

24 0.80

03 0.67

20 0.67

Membrillos 24 0.67

Espárragos 24 0.90

24 1.00

24 0.80

Zanahoria 24 0.80

24 0.80

24 1.00

24 1.00

24 0.90

18 0.67

24 1.00

08 1.00

18 0.67

05 0.75

Tabla 8

Carga Térmica Equivalente de Ocupantes

Temperatura del enfriador (ºC) Calor equivalente/persona (kcal/hr)

10.00 181.44

4.44 211.68

1.11 239.40

- 6.67 264.60

- 12.10 302.40

- 17.80 327.60

- 27.55 352.86

- 35.00 429.68

Cuadro 3

Características de Fluorescentes

Lámparas fluorescentes Lúmenes

20 w

30 w

40 w

65 w

1200

1700

3200

5000

Nota: Datos otorgados por fabricante de luminarias.

Datos Generales :

Lugar de ubicación de planta Trujillo- La libertad – Perú.

Temperatura ambiente de bulbo húmedo

Temperatura ambiente del bulbo seco

Temperatura de condensación

Humedad relativa exterior

Temperatura interior del Ambiente :

Túnel de congelamiento -35 ° C.

Temperatura de Evaporación :

Túnel de congelamiento

Tensión Eléctrica :

3x440v, 60Hz

Control e Iluminación 1x220v, 60Hz

Calculo de Cargas Térmicas en Túnel de Congelamiento

Dimensiones exteriores : 6.5 x 3.5 x 4 m de altura.

Temperatura interior : -35 ºC.

Humedad Relativa Interior : 90%.

Temperatura Exterior : 25ºC.

Humedad Relativa Exterior : 80%.

Capacidad : 8 TM/6 horas.

Temperatura de ingreso del producto

(espárrago) : 15ºC.

Temperatura final del producto : -18ºC.

Tipo de cámara : Desarmable.

Piso : losa de concreto aislada.

Aislamiento pared norte : 4” poliuretano.

Aislamiento demás paredes, techo

y piso : 6” poliuretano.

Tipo de almacenamiento : En racks (12) de 800 kg de

producto cada uno.

Material de los racks : Aluminio.

Dimensiones del rack : 1.40*1.20*1.70 m. de altura

Área exterior

Techo y piso 2

Paredes norte y sur

Paredes este y oeste

Volumen interior

Coeficientes Globales de Transferencia de Calor.

Donde:

7 kcal / hr m2°C.

25 kcal / hr m2°C.

0.0508 m (2“).

0.1016 m (4“).

0.1524 m (6“).

0.013 kcal / hr m2°C.

Resolviendo:

Paredes techo, techo y piso U = 0.084 kcal / hr m2°C.

Pared norte U = 0.125 kcal / hr m2°C.

N° cambios de aire en 24 horas f1 = 7.4 (Tabla 4).

Ganancia debido al aire externo

Durante la operación del sistema las puertas permanecen cerradas. No ingresa aire caliente.

De la tabla Nº 6:

0.70 Kcal / kgºC.

0.34 Kcal / kgºC.

75 Kcal / kg.

De la tabla Nº 7, factor de enfriamiento:

0.9 (tiempo de enfriamiento 24 horas).

Ganancia de calor a través de las paredes de la cámara.

(22.75)(0.084)(25+35)x24 2752 Kcal/24 horas.

(22.75)(0.084)(25+35)x24 2752 Kcal/24 horas.

Pared Norte (26)(0.125)(-18+35)x24 1326 Kcal/24 horas.

(26)(0.084)(10+35)x24 1694 Kcal/24 horas.

Pared Este (14)(0.084)(25+35)x24 1694 Kcal/24 horas.

Pared Oeste (14)(0.084)(25+35)x24 1694 Kcal/24 horas.

QTotal12577 Kcal / 24 horas.

Ganancia de calor debido al Producto.

Donde :

W

Cea 0.70 Kcal / kg ºC.

T (15+1.2) ºC.

t tiempo de congelamiento(6 horas).

f

Entonces:

Donde :

W

Cl75 Kcal / kg.

ttiempo de congelamiento(6 horas).

Entonces :

Donde :

W

Ced0.34 Kcal / kg ºC.

Qa= 403200 Kcal / 24 horas.

Ql= 2400000 Kcal / 24 horas.

T(-1.2+18) ºC.

t tiempo de congelamiento (6 horas)

Entonces :

Carga Térmica por Iluminación

Si

Usaremos lámparas de mercurio de 250 w con 13500 lúmenes según normas de IES.

Donde :

#Número de focos.

WPotencia del foco.

ENivel mantenido de iluminación = 110 lúmenes/m2.

TNúmero de horas de funcionamiento.

AÁrea de espacio a ser iluminado.

LLLúmenes de la lámpara = 13500.

K(Cte.)K = 5 (local oscuro luz directa)

K = 3 (local oscuro luz indirecta)

Nuestro local es oscuro, luz indirecta.

Usamos un foco de 250 W

Q = 1 x 250 x 24 x 0,896 Kcal/24 h.

Carga Térmica por Cambio de Aire

Donde :

V : Volumen en m3.

f1 : De tabla N° 4 cambio de aire / 24horas.

f2 : Diferencia de entalpías (he – hi), de tabla N° 5 . Kcal / m3.

Qa= 182784 Kcal / 24 horas.

Q = 5376 Kcal/24

h.

Para nuestro caso el Túnel de Congelamiento tiene una antecámara (Pre-cámara), los cambios se reducen en 50% según la tabla N°

4, pero por ser servicio pasado se aumenta en un 50%.

f2 : de la tabla N° 5 Para:

= 25° C = 80 % = 18,8 Kcal/ m3

= - 35° C = 90 % = -12,3 Kcal/ m3

Entonces

Qd = 79 x 7,747 (18,8 + 12,3)

Calor Emitido por Personas.

Donde :

Número de personas.

Una persona / turno x 3 turnos / 24 h = 3 personas / 24 horas

Calor emitido por personas = 429,68 Kcal / 24 horas.

2 horas/turno x 3 turnos = 6 h/24 h.

Entonces

Q = 3 x 429,68 x 6 Kcal/24 h

DISTRIBUCIÓN DE CARGAS TÉRMICAS

AMBIENTE

FUENTES DE CALOR

(Kcal/h)

CARGA

TOTALCAPACIDAD

TÉRMICA

HORARIA

C.T.H.PAREDES CAMBIOS

DE

AIRE

PRODUCTO

PERSONAS

ILUMINAC.

MOTORES

% SEGURIDAD

Kcal/24 h

TUNEL DE

CONGELA-MIENTO 12577 19033,60 2985984 13110,24 3030704,84

166688,78 Kcal/h

Qd = 19033,60 Kcal/24 horas.

Q = 7734,24 Kcal/24 h

194,02 KW

El túnel tiene una carga total de 55,12 Ton. a Tevap = - 40°C.

Proceso de dos Etapas

Teniendo en cuenta que contamos con un interenfriador tipo cerrado para el sistema frigorífico del túnel de congelamiento,

analizamos.

Donde :

(0,75 bar, - 40°C)

(13,33 bar, 35°C)

Resolviendo :

;

El cálculo del flujo de masa (a) :

Reemplazando datos:

Para hallar el flujo de masa (b), realizamos un balance térmico en el intercambiador :

calculamos el flujo de masa de

4

2

1

5

7

8

P(bar)

h(Cal/Kg)

CONDENSADORCONDENSADOR

EVAPORADOREVAPORADOR

7 81

2

3

45

6

encontramos la siguiente ecuación:

de la siguiente ecuación encontramos:

Luego

= 55,12 Ton = - 40°C

331,74 cal / Kg.

378,76 cal / Kg.

342,49 cal / Kg.

392,78 cal / Kg.

= 82,92 cal / Kg.

= 34,11 cal / Kg.

La potencia del compresor de baja es :

La potencia del compresor de Alta es :

GENERALIDADES.

La instalación del túnel de congelamiento se diseñará en función a las necesidades del requerimiento, el cual determina las

necesidades de frío en cada una de las dependencias de la misma.

Con objeto de mantener la cadena de frío a lo largo del proceso, se dispondrán diferentes niveles térmicos en cada una de las áreas

refrigeradas.

REFRIGERANTE Y CONDICIONES DEL CICLO CONGELADO.

Como fluido refrigerante se empleara amoniaco para el túnel de congelado, que se adapta perfectamente a las diferentes

temperaturas de evaporación.

El Amoníaco, es un gas de olor picante, incoloro, de fórmula NH3, muy soluble en agua. Una disolución acuosa saturada contiene

un 45% en peso de amoníaco a 0 °C, y un 30% a temperatura ambiente. Disuelto en agua, el amoníaco se convierte en hidróxido de

amonio, NH4OH, de marcado carácter básico y similar en su comportamiento químico a los hidróxidos de los metales alcalinos, el

amoniaco tiene las siguientes características:

Punto de fusión : -77,7 °C,

Punto de ebullición : -33,35 °C,

Densidad relativa : 0,68 a su temperatura de ebullición y a 1 atmósfera (760 mm Hg) de presión.

SELECCION DE EQUIPOS

Dado que los componentes principales de un sistema de refrigeración por compresión de vapor, son los siguientes:

Evaporadores.

Compresores

Condensadores.

Tuberías.

Controles automáticos.

Selección de Evaporadores.

Estos se seleccionan de acuerdo a la temperatura de evaporación, carga térmica y refrigerante.

Es importante especificar, la aplicación (si es para túnel o cámara frigorífica), porque de esta depende la velocidad de aire, potencia

de los ventiladores y separación entre aletas, consideraciones que el fabricante debe tomar en cuenta

Del anexo (ver tabla de capacidades para evaporadores SABROE), seleccionamos los evaporadores correspondientes. Para bancos

de hielo, con:

Donde:

A : Area (m2).

K : Tomamos K = 120 para una velocidad del agua de 1m/s.

: Diferencia de temperatura.

Según catálogo obtenemos el evaporador RT – 80

Selección de Compresores.

Los parámetros de selección, a tener en cuenta es la temperatura de evaporación, temperatura de condensación, carga térmica y el

tipo de refrigerante.

En el caso de sistemas frigoríficos de dos etapas, estos presentan dos compresores. El compresor de baja presión (booster), succiona

gas del evaporador y lo descarga en el enfriador intermedio, de donde el compresor de alta presión succiona vapor enfriado y lo

descarga al condensador, donde es condensado y subenfriado.

Desde el condensador el líquido es dirigido al enfriador intermedio, donde una pequeña es expandida a la presión intermedia.

Una planta de dos etapas, tendrá el menor consumo de energía y el compresor más económico, si la temperatura intermedia es

seleccionada de tal manera que la relación de compresión del estado de baja presión sea igual al estado de alta presión.

La temperatura optima (económica) intermedia (MT) con relación a las temperaturas de evaporación y condensación pueden ser

leídas en el cuadro del anexo 13 que es el punto de partida para la selección. Posteriormente basado en tamaños y velocidades se

seleccionará el compresor; el cual será verificado tomando en cuenta las condiciones y límites establecidos en los ábacos

correspondientes. Otro parámetro importante de selección, es la relación de volúmenes (V), barridos entre el compresor de baja

presión (LP), y el de alta presión (HP).

Selección de Compresores para el Túnel de Congelamiento

Refrigerante : NH3 (717).

: -40ºC.

: 35ºC.

Carga Térmica : 166683 kcal/h = 194,02 KW

Seleccionando el Compresor de Baja Presión

En el ábaco del anexo 13, interceptamos las líneas de temperatura de condensación (35 °C), con la de temperatura de evaporación (-

40 °C), obteniendo la temperatura intermedia optima y la capacidad térmica (baja presión), por 100 m3/hr.

MT = -8 °C.

QLP = 11000 Kcal/hr por 100 m3/hr.

Luego, interceptando con la línea de capacidad térmica requerida (166,683 Kcal/hr.), Hallamos el desplazamiento volumétrico.

VLP = 1250 m3/hr.

Localizando en la tabla, hallamos que cumple con esta condición, proyectando una línea vertical:

SMC 8-180/970 RPM.

A. Seleccionando el Compresor de Alta Presión.

En la siguiente página del ábaco, encontramos los módulos adecuados para trabajar en alta presión.

De acuerdo a la relación de volúmenes barridos recomendados, elegimos el compresor de alta presión:

SMC 6-120/1200 RPM.

Comprobamos la relación entre desplazamientos volumétricos recomendados:

VLP/VHP = 3 a 3.5

Modelo SMC 8-180/850 RPM.

De tabla 750 RPM 1148 m3/mr.

850 RPM 1350 m3/mr.

Modelo SMC 6-120/1200 RPM.

De tabla 1200 RPM 392 m3/mr.

Reemplazando:

1350/392 = 3.49

B. Hallando la Presión Intermedia.

Luego, hallamos la presión intermedia, interceptando primero la línea de temperatura de evaporación (-40 °C), con la temperatura de

condensación (35 °C), proyectándonos luego hasta interceptar la línea de relación de volúmenes (3.49). Obteniendo:

MT = -7.5 °C 8 °C.

C. Hallando el Consumo del Motor de accionamiento en Baja Presión.

En el siguiente ábaco, interceptamos las líneas de temperatura intermedia optima (-8 °C) y la temperatura de evaporación (-40 °C),

hallamos la capacidad térmica y el consumo:

QLP = 12100 Kcal/hr.

NLP = 4.6 Kw (por 100 m3/hr)

Luego:

QLP = 12100*13.7=165770Kcal/hr. (CUMPLE).

NLP = 4.6*13.7 = 63 Kw.

D. Hallando el Consumo del Motor de accionamiento en Alta Presión.

En el ábaco correspondiente anexo 13, interceptamos la línea de temperatura de condensación (35 °C), con la de la temperatura

intermedia (-8 °C)

NHP = 15.4 Kw (por 100 m3/hr)

Luego:

NLP = 15.4*3.92 = 61 Kw.

E. Hallando la Capacidad del Motor Eléctrico en Baja Presión.

Aplicando un factor que se encuentre entre el 15% a 20%, conoceremos la capacidad del motor en baja presión.

NLP = 63*1.18 = 74.34 Kw.

F. Hallando la Capacidad del Motor Eléctrico en Alta Presión.

También en este caso la selección se realiza de la manera convencional, aumentando en un 18% la capacidad del motor en

alta presión.

NLP = 61*1.18 = 72 Kw.

Nota: No hemos considerado aumentar el consumo en 5%, ya que la transmisión de los motores serán por acople directo y no por

fajas.

Selección de Condensador.

En el calculo de condensadores, dos diferentes denominaciones de carga son aplicadas.

Carga del evaporador: (QE), es igual a la totalidad de carga frigorífica requerida para la aplicación específica.

Carga del condensador: (QC), es igual a la suma del calor que es permanentemente eliminado, en donde:

Qc = QE + Kcal / hora

Donde:

: Es el calor equivalente al trabajo realizado por el compresor, el cual es igual al consumo del motor del compresor, que es

radiado en forma de calor hacia sus alrededores y la suma del calor eliminado por enfriamiento por agua y perdidas de

fricción.

Se estima que es igual a: Kw * 750 Kcal / hora.

Donde: (Kw): es el consumo del compresor.

Para plantas de dos etapas, con compresores independientes, uno para baja (booster) y otro de alta presión, la formula es

remplazada por:

QC = QE + Ls + Hs

Donde:

QE = capacidad térmica del sistema

Ls = calor equivalente del compresor de baja

Hs = calor equivalente del compresor de alta

por ser los condensadores tipo evaporativos adecuados para grandes y medianas instalaciones debido al bajo consumo de

energía y agua, se seleccionó para nuestra planta según el anexo 14 el siguiente modelo:

Temperatura de condensación: Aproximadamente 10 – 15ºC sobre la temperatura de bulbo húmedo del aire:

QC = Qlinea 1 + Qlinea 2 + Qtúnel

Qlinea 1: 90 + 27.3 = 113.3 Kw

Qlinea 2: 55 + 13.9 = 68.9 Kw

QTúnel : 142.8 + 74.34 + 72 = 339.12 Kw

QC = 404 423,1 Kcal / hora

Selecciona el correspondiente condensador tipo evaporativo, considerando el factor de corrección indicado por temperatura

de bulbo húmedo:

Temperatura de bulbo húmedo 25ºC y temperatura de condensación 350C, factor de corrección 0.85.

La selección será:

Condensador tipo evaporativo.

Marca : MadeF (Brasil)

Modelo : CE 560

Capacidad : 564000*0.85 = 479400 Kcal/hr (cumple)

Red de tuberías.

Casi siempre se usan tuberías de cobre para equipos que trabajan con “Freón”, y siempre se usan tuberías de acero sin costura, para

equipos que trabajan con amoniaco.

En este ultimo caso para diámetros igual o mayores a 1 ¼”. Se usa tubería de acero cédula 40, y para diámetros iguales o mayores a

1” se usa tubería de acero cedilla 80.

Los codos y tees de rosca que se usan deberán ser cédula 80 de fierro forjado; cuando se usan codos y tees para soldar deberán

usarse de cédula 80, las bridas deberán ser especiales para NH3 y por ser muy peligroso su uso se recomienda evitar su instalación.

Dentro de los problemas en la selección esta el sobredimensionamiento de las líneas que serán beneficiosas para una operación

económica, pero incrementaran el costo inicial debido a la mayor cantidad de material usado.

Otros de los problemas, seria el subdimensionamiento de las líneas, naturalmente benefician los costos iniciales pero pueden

provocar dificultades de operación económica y técnica:

Línea de descarga.- Incrementaran la relación de compresión junto con la temperatura de descarga, que en instalaciones con altas

relaciones de compresión pueden originar descomposición del aceite lubricante y por consiguiente incrementaran el costo de

mantenimiento.

Línea de liquido.- Pueden provocar una evaporación antes de la válvula de expansión, lo que reducirá la presión disponible para la

inyección del liquido en el evaporado, por lo que se reducirá la capacidad de la válvula de expansión.

Línea de succión.- Obligara que el compresor opere a una innecesaria baja presión de succión para mantener la temperatura de

evaporación.

Selección de tuberías

Selección de tuberías para el túnel de congelamiento:

Q = 166 683 Kcal/hr

TEVAPORADOR = -40 OC

TCONDENSADOR. = 35 OC

Línea de succión:

Longitud : 23m

Codos 90º : 4

Vál. recta : 2

Línea de Drenaje:

Longitud : 6m

Codos 90º : 3

Vál. recta : 2

Seleccionando el diámetro de la tubería de succión.

De la línea de capacidades (166 683 Kcal/hr) con la temperatura de evaporación (-40 C) hallamos:

Diámetro : 100 mm

El valor K2 : 1

La longitud equivalente

Longitud de la tubería : 23m

4 codos de 900: 4*2 : 8m

2 válvulas rectas: 2*25 : 50m

longitud equivalente(Total) : 81m.

En el ábaco C, K1 : 1.22

Seleccionando el diámetro de la tubería de descarga.

De la línea de capacidades (166 683 Kcal/hr) con la línea de descarga hallamos:

Diámetro : 40 mm

El valor K2 : 1.02

La longitud equivalente

Longitud de la tubería : 6m

3 codos de 900: 3*0.85 : 2.55 m

2 válvulas rectas: 2*10 : 20 m

longitud equi. Total : 28.55m.

K1 : 0.99

Seleccionando el diámetro de la tubería de líquido.

Interceptamos la línea de capacidades (166 683 Kcal/hr) con la línea de líquido hallamos:

No se justifica realizar una corrección por longitud ya que la capacidad térmica en este caso se considera pequeña.

De igual manera procederemos para los siguientes tramos de tuberías, cuyos resultados presentamos en el cuadro 9.

TABLAS Y CUADROS

Cuadro 6

Factor de Corrección por Temperatura de Evaporación distinta a 0º c

Temperatura evaporación º C Multiplicar por

-10 0.95

-20 0.90

-30 0.85

-40 0.80

Cuadro 7

Selección de Evaporadores

Su diámetro es igual a 100*1*1.22=122 mm 4 1/2”

Su diámetro es igual a 40*0.99*1.02=122 mm 4 1/2”

Diámetro : 18 mm 1/2”

Ambiente Cant. Modelo N° Vent. Velo.Max(m/s)

Cámara Enfriamiento 01 RT 80 2(2.3 Kw) 4.5

Cámara Congelado 01 RT 6 3(0.6 Kw) 2.0

Túnel Congelamiento 05 RT 120 2(4.5Kw) 4.5

Cuadro 8

Selección de Compresores

Ambiente RPM Modelo Consumo (Kw)

Cámara Enfriamiento 1170 CMO 14 9.3-11.19

Cámara Congelado 1460 CMO 18 15.4-18.65

Túnel (Baja Presión) 850 SMC 8-180 63-74.34

Túnel (Alta Presión) 1200 SMC 12-120 61-72

Cuadro 9

Selección de Tuberías

Tramo LíneaQ (Kcal/hr) Long. (m) Codos 900 Val.

paso

Long.

Equi.

Diam.(plg)

1 Succión 56543 8 2 1 17.3 21/2

2 Succión 14232 9 3 1 16.5 11/4

3 Succión 56543 20 - - 20.0 21/2

4 Succión 70775 15 3 1 26.4 3

5 Succión 2585 16 1 1 - 3/4

6 Succión 43313 8 3 1 23.2 2

7 Succión 45898 25 4 2 53.4 3

8 Succión 164897 23 4 2 81.0 5

9 Descarga 33640 - 4.3 - 4.4 - 4.5 19.7 2

10 Descarga 45898 - 3.3 - 3.4 - 3.5 19.7 2

11 Descarga 164897 - 2.3 - 2.4 - 2.5 28.5 4

12 Descarga 244435 - 1.3 - 1.4 - 1.6 16.1 63/4