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CONTENIDO PAGINA
INTRODUCCION
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CAPITULO I JUSTIFICACION NATURALEZA, SENTIDO Y ALCANCE DEL TRABAJO ENUNCIACION DEL TEMA EXPLICACIÓN DE LA ESTRUCTURA DELTRABAJO
4 5 6 7
CAPITULO II PLANTEAMIENTO DEL TEMA DE LA INVESTIGACION MARCO CONTEXTUAL
8 9
MARCO TEORICO 1.
2.
FORMAS DE TRANSMISIÓN DE CALOR 1.1 CONDUCCION 1.2 CONVECCION 1.3 RADIACION
11 13 15 18
SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN 2.1 CICLO INVERSO DE CARNOT 2.2 CICLO DE REFRIGERACION POR COMPRESION DE VAPOR
20 21
3.
CALCULO DE LA CARGA TERMICA 3.1 GANANCIA DE CARGA POR PAREDES 3.2 LA CARGA POR CAMBIO DE AIRE 3.3 LA CARGA DE ENFRIAMIENTO DEL PRODUCTO 3.4 GANANCIAS DE FUENTES QUE NO SEAN PRODUCTO 3.5 GANANCIA DE CALOR TOTAL
29 38 41 43 44 47
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SELECCIÓN DE EQUIPO 4.1 EVAPORADOR 4.2 UNIDAD CONDENSADORA
48 48 63
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CAPITULO III CONCLUSIONES BIBLIOGRAFIA APENDICES
83 85 86 2
CAPITULO
I
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INTRODUCCIÓN
El propósito del almacenamiento de alimentos es mantener en buenas condiciones los alimentos para consumo humano ya que estos son perecederos, por lo que necesitan ciertas condiciones de tratamiento, conservación y manipulación. Su principal causa de deterioro es el ataque por diferentes tipos de microorganismos (bacterias, levaduras y mohos). Esto tiene implicaciones económicas evidentes, tanto para los fabricantes (deterioro de materias primas y productos elaborados antes de su comercialización, pérdida de la imagen de marca, etc.) como para distribuidores y consumidores (deterioro de productos después de su adquisición y antes de su consumo). Se calcula que más del 20% de todos los alimentos producidos en el mundo se pierden por acción de los microorganismos. Por otra parte, los alimentos alterados pueden resultar muy perjudiciales para la salud del consumidor. La toxina botulínica, producida por una bacteria, Clostridium botulinum, en las conservas mal esterilizadas, embutidos y en otros productos, es una de las sustancias más venenosas que se conocen (miles de veces más tóxica que el cianuro). Otras sustancias producidas por el crecimiento de ciertos mohos son potentes agentes cancerígenos. Existen pues razones poderosas para evitar la alteración de los alimentos. A los métodos físicos, como el calentamiento, deshidratación, irradiación o congelación, pueden asociarse métodos químicos que causen la muerte de los microorganismos o que al menos eviten su crecimiento. En muchos alimentos existen de forma natural sustancias con actividad antimicrobiana. Muchas frutas contienen diferentes ácidos orgánicos, como el ácido benzoico o el ácido cítrico. La relativa estabilidad de los yogures comparados con la leche se debe al ácido láctico producido durante su fermentación. Los ajos, cebollas y muchas especias contienen potentes agentes antimicrobianos, o precursores que se transforman en ellos al triturarlos.
Las técnicas de conservación han permitido que
alimentos de temporada sean de consumo permanente.
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Aunque el hombre prehistórico almacenaba la carne en cuevas de hielo, la industria de congelados tiene un origen más reciente que la de envasado. El proceso de congelación fue utilizado comercialmente por primera vez en 1842, pero la conservación de alimentos a gran escala por congelación comenzó a finales del siglo XIX con la aparición de la refrigeración mecánica. La utilización del frío para conservar los alimentos data de la prehistoria; ya entonces, se usaba nieve y hielo para conservar las presas cazadas. Se dice que Sir Francis Bacon contrajo una neumonía, que acabaría con su vida, tras intentar congelar pollos rellenándolos de nieve. Sin embargo, hubo que esperar hasta los años treinta para asistir a la comercialización de los primeros alimentos congelados, que fue posible gracias al descubrimiento de un método de congelación rápida. La congelación conserva los alimentos impidiendo la multiplicación de los microorganismos. Dado que el proceso no destruye a todos los tipos de bacterias, aquellos que sobreviven se reaniman en la comida al descongelarse y a menudo se multiplican mucho más rápido que antes de la congelación. Desde la introducción de los alimentos congelados en los años treinta, cada vez se encuentra en los supermercados una mayor variedad de estos productos, desde verduras y hierbas congeladas hasta comidas precocinadas o fabulosos helados. La congelación retrasa el deterioro de los alimentos y prolonga su vida útil evitando que los microorganismos se desarrollen y retrazando la actividad enzimática que hace que los alimentos se echen a perder. Cuando el agua de los alimentos se congela, se convierte en cristales de hielo y deja de estar a disposición de los microorganismos que la necesitan para su desarrollo. No obstante, la mayoría de los microorganismos (a excepción de los parásitos) siguen viviendo durante la congelación, así pues, es preciso manipular los alimentos con cuidado tanto antes como después de ésta.
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La congelación tiene un efecto mínimo en el contenido nutricional de los alimentos. Algunas frutas y verduras se escaldan (introduciéndolas en agua hirviendo durante un corto periodo de tiempo) antes de congelarlas para desactivar las enzimas y levaduras que podrían seguir causando daños, incluso en el congelador. Este método puede provocar la pérdida de parte de la vitamina C (del 15 al 20%). A pesar de esta pérdida, las verduras y frutas se congelan en condiciones inmejorables poco después de ser cosechadas y generalmente presentan mejores cualidades nutritivas que sus equivalentes "frescas". En ocasiones, los productos cosechados tardan días en ser seleccionados, transportados y distribuidos a los comercios. Durante este tiempo, los alimentos pueden perder progresivamente vitaminas y minerales. Las bayas y las verduras verdes pueden perder hasta un 15% de su contenido de vitamina C al día si se almacenan a temperatura ambiente. En el caso de la carne de ave o res y el pescado congelados, prácticamente no se pierden vitaminas ni minerales debido a que la congelación no afecta ni a las proteínas, ni a las vitaminas A y D, ni a los minerales que ellos contienen. Durante su descongelación, se produce una pérdida de líquido que contiene vitaminas y sales minerales hidrosolubles, que se perderán al cocinar el producto a no ser que se aproveche dicho líquido. La congelación puede dañar a algunos alimentos debido a que la formación de cristales de hielo rompe las membranas celulares. Este hecho no tiene efectos negativos en términos de vida útil (de hecho, también mueren células bacterianas), sin embargo, el alimento queda menos crujiente o firme. Entre los alimentos que no resisten a la congelación se encuentran las verduras para ensaladas, los champiñones y las bayas.
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JUSTIFICACION
En la industria de la refrigeración y de acondicionamiento, más específicamente en el área de almacenaje y conservación de alimentos es de suma importancia la adecuada selección de un equipo refrigerante para así obtener el resultado deseado y evitar las pérdidas tanto de producto como económicas.
Esto no es simplemente elegir el equipo mas económico o el de mejor marca, es algo mas complicado que eso, primeramente debemos conocer el/los productos que se almacenarán así como también los factores tanto internos como externos que impactarán el adecuado funcionamiento de la cámara de almacenaje, además se deberá tomar en cuenta los materiales que se utilizarán tanto en techo, como paredes y piso.
Toda vez que se conocen que factores son los que influirán en el funcionamiento adecuado del sistema así como los materiales de que está constituida nuestra cámara frigorífica se procederá a calcular los valores que determinarán el tipo de equipo refrigerante que se utilizará en el proyecto. El presente trabajo se puede utilizar como referencia para la realización de otros proyectos referentes al almacenaje y conservación de productos perecederos.
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N A T U R A L E Z A, S E N T I D O Y A L C A N C E DEL T R A B A J O
Conscientes de que este trabajo pueda servir de auxiliar en la selección de equipos refrigerantes para cámaras frigoríficas, se realiza una investigación bibliográfica en cuanto a los conceptos necesarios para comprender los conceptos y factores involucrados en la selección de un equipo de refrigeración.
Además se puede utilizar como guía para las personas involucradas en la selección de estos equipos, así como también para los estudiantes en la resolución de problemas que tengan que ver con la transferencia de calor o simplemente que estén interesados en profundizar en cuales son los factores que determinan la selección de determinado equipo.
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ENUNCIACION DEL TEMA
En este trabajo como en todos los que se realizan para la conservación de alimentos, uno de los principales problemas es la eliminación del calor del producto, la transferencia de calor a través de paredes, piso y techo, así como la disipación de calor del equipo que se encuentra dentro de la cámara.
Estos
factores
hacen
que
los
cálculos deben ser lo más precisos posible para no caer en el error de seleccionar un equipo inadecuado para las condiciones deseables en la cámara de acuerdo al producto.
En los cálculos para la selección del equipo se utilizarán todos los conocimientos necesarios para la transferencia de calor en los diferentes elementos, así como con la ayuda de tablas se verificará la selección adecuada del equipo en la cámara frigorífica.
Esperando que este proyecto sea de utilidad para todas aquellas personas interesadas en la refrigeración.
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EXPLICACIÓN DE LA ESTRUCTURA DEL TRABAJO
Con la finalidad de obtener buenos resultados este trabajo se estructura como sigue:
Un primer capitulo donde se da a conocer la justificación del trabajo en el cual se da una breve explicación del porque se realiza este trabajo.
Un apartado donde se
señala la naturaleza, sentido y alcance del trabajo, donde se menciona el sentido, objeto y finalidad del trabajo.
En el enunciado del tema se contempla hacia donde estará enfocada y dirigida la investigación de este trabajo.
El segundo capitulo esta conformado tanto por los conceptos básicos necesarios para la realización de este trabajo, como también por los cálculos para obtener la información necesaria que regirá él criterio para hacer una adecuada selección de equipo de refrigeración requerido para nuestro caso.
Así también, en el análisis crítico de los diferentes enfoques se hará mención de los puntos de vista que algunos autores adaptan para elaborar lo realizado en este trabajo.
Por ultimo en el capitulo 3: Se darán las Conclusiones, Todas las sugerencias posibles para un mejor desarrollo de la selección de equipo de refrigeración se encuentran en las conclusiones, en las bibliografías una lista de todo el apoyo didáctico que se consultó para el desarrollo de este trabajo, así mismo cabe resaltar que en los anexos y apéndices se encontraran las tablas, fórmulas que son necesarias para el desarrollo y elaboración de este proyecto.
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CAPITULO
II
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PLANTEAMIENTO DEL TEMA DE LA INVESTIGACION
El motivo principal para la elaboración de este proyecto son las altas temperaturas que se presentan en la zona y la imperiosa necesidad de la conservación de los alimentos, por lo cual el seleccionar
el equipo de refrigeración necesario para tener
las condiciones deseadas dentro de la cámara de refrigeración es de suma importancia en este proyecto.
En este trabajo se utilizará de manera sencilla y práctica las ecuaciones para la obtención de la carga térmica que afecta a la cámara frigorífica como son: la transferencia de calor por conducción, convección, radiación, del producto, infiltración de aire, carga eléctrica y personas.
Esperando que esta situación sea una base para el estudio de sistemas de refrigeración utilizados en la conservación de alimentos.
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MARCO CONTEXTUAL
Este proyecto tiene como objetivo un análisis detallado de los requerimientos necesarios para la conservación de alimentos por medio de un sistema de refrigeración ubicado en la ciudad de Poza Rica de Hgo. Ver., en la Colonia Reforma la cual se encuentra al sur de esta ciudad en salida de la carretera a Cazones, Ver., aproximadamente a unos 10 minutos y a una distancia 500 mts. de la carretera.
La
puerta de la cámara estará orientada al noreste.
La cámara frigorífica fue diseñada para ser utilizada en la conservación de 30 toneladas de duraznos, que dará servicio a algunos almacenes de autoservicio y a la comunidad en general.
En los muros utilizaremos una combinación de ladrillo, mezcla,
aislante, lamina y galvanizada, el piso utilizaremos loseta, concreto, kroyespuma y finalmente otra capa de concreto, por ultimo en el techo utilizaremos concreto, mezcla, fibra de vidrio y lamina galvanizada.
A continuación se presenta el plano principal y sus
dimensiones:
13 ft
26 ft 16 ft
Figura 1.
Dimensiones de la cámara
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Figura 2.
Ubicación geográfica de la cámara
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FORMAS DE TRANSMISIÓN DE CALOR
Siempre que existe un gradiente de temperatura en un sistema o cuando se ponen en contacto 2 sistemas a diferentes temperaturas se transfiere energía.
El proceso por
el cual tiene lugar el transporte de energía se conoce como transferencia de calor.
La transferencia de calor puede definirse como la transmisión de energía de una región
a otra, como resultado de la diferencia de temperatura existente entre ellas.
Puesto que existen diferencias de temperaturas en todas partes los fenómenos de flujo de calor son tan usuales como los asociados con las fuerzas gravitacionales.
Sin
embargo, a diferencia de la gravedad, el flujo de calor no se rige por una relación única sino por la combinación de varias leyes físicas independientes.
Así una simple aplicación de la primera y segunda ley de la termodinámica en un intercambio de calor suministra información necesaria con respecto al flujo de calor que debe transferirse del fluido caliente al fluido frío.
Pero la termodinámica no suministra
la información con respecto al diámetro, longitud, material o arreglo geométrico de los tubos que debe emplearse.
Estas característica de diseño se obtienen mediante un
análisis de transferencia de calor.
De manera análoga, un análisis termodinámico en un motor de combustión interna provee información con respecto a los requisitos de enfriamiento de este.
Sin
embargo, la transferencia de calor contempla la posibilidad de enfriarlo con aire o agua, así como las dimensiones físicas que deben tener los conductores por donde debe circular el agua, si es que este fluido se emplea como refrigerante, o las dimensiones de las aletas para lograr la refrigeración con aire.
De lo anterior podemos ver que la termodinámica y la transferencia de calor son dos disciplinas que se complementan entre si.
Mientras que la primera predice los
requisitos de transferencia de calor en un sistema, la segunda predice como se lleva acabo la transferencia.
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Las obras de transferencia de calor suelen reconocer tres mecanismos distintos de transmisión de calor: conducción, convección y radiación.
En rigor, sólo la conducción
y la radiación debieran clasificarse como proceso de transferencia de calor, porque sólo estos 2 mecanismos dependen de la simple existencia de un desequilibrio térmico.
Por
su parte, la convección no satisface de manera estricta la condición de transferencia de calor porque su operación también depende del transporte mecánico de masa.
Pero
como la convección también transmite energía de regiones con mayor temperatura a regiones con menor temperatura, se ha adoptado el término “transferencia de calor por convección”.
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1.1 CONDUCCIÓN La transferencia de energía por conducción se realiza en dos formas. El primer mecanismo es el de la interacción molecular, en donde el mayor movimiento de una molécula a un nivel de energía superior(temperatura) imparte energía a las moléculas adyacentes de niveles de energía inferiores. Este tipo de transferencia se halla presente, hasta cierto grado, en todos los sistemas en donde existe un gradiente de temperatura y en el que se encuentran presentes moléculas de sólido, líquido o gas.
El segundo mecanismo de transferencia de calor por conducción es por electrones libres. El mecanismo de electrones libres es significativo principalmente en los sólidos metálicos puros; la concentración de electrones libres varía de manera considerable en las aleaciones y disminuye mucho para sólidos no metálicos.
La capacidad de los
sólidos para conducir calor varia de modo directo con la concentración de electrones libres, por lo tanto, no es sorprendente que los metales puros sean los mejores conductores de calor, como lo indica la experiencia.
Puesto que la conducción de calor es principalmente un fenómeno molecular, sería de esperarse que la ecuación básica que se utiliza para describir este proceso sea similar a la expresión que se utilizó en la transferencia molecular del momento, dicha ecuación fue establecida por primera vez en 1822 por Fourier en la forma
qx A
= -k
dT
(1)
dx
donde qx es la rapidez de transferencia de calor en la dirección
x, en watts o Btu / hr; A
es el área normal a la dirección del flujo de calor, en m 2 o pies2; de temperatura en la dirección en
x, en °K / m
o °F / pie, y
W / (m °K) o Btu / hr pie °F. Como la relación
dT/dx es la variación
k es la conductividad térmica, qx / A
tiene las dimensiones
de W / m2 o Btu / hr pies2 , se denomina flujo de calor en la dirección
x.
La siguiente
ecuación es una relación más general para el flujo de calor,
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q A
= - k T
(2)
que expresa el flujo de calor como proporcional a la diferencia de temperatura.
Se
observa que la constante de proporcionalidad es la conductividad térmica, que juega un papel similar al de la viscosidad en la transferencia de momento.
El signo negativo en
la ecuación (2) indica que el flujo de calor está en la dirección de un gradiente de temperatura negativo.
La ecuación (2) es la forma vectorial de la ecuación de razón de
cambio de Fourier, que con frecuencia se conoce como la primera ley de Fourier de la conducción de calor.
La conductividad térmica k, es una propiedad de los materiales que dice cuan fácil es la conducción de calor a través de ellos. Es elevada en metales y en general en cuerpos continuos, y es baja en los gases y en materiales iónicos y covalentes, siendo muy baja en algunos materiales especiales como la fibra de vidrio, a los que por esta razón se les llama aislantes térmicos. La conductividad térmica es nula en el vacío ideal, y muy baja en ambientes donde se ha practicado un vacío elevado.
Por ejemplo: Cuando hace frío afuera, las paredes y ventanas no aisladas se enfrían del lado de adentro, se necesita más energía para reemplazar el calor perdido que calienta el interior de las paredes y ventanas. Retardar la transferencia de energía implica un ahorro de la cantidad de energía necesaria para mantener el espacio acondicionado.
Figura 3.
Transferencia de calor a través de paredes por conducción
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1.2 CONVECCIÓN La transferencia de calor debida a la convección implica el cambio de energía entre una superficie y un fluido adyacente.
Debe hacerse una distinción entre
convección forzada, en la cual un fluido se hace fluir sobre una superficie sólida por medio de un agente externo como un ventilador o una bomba, y la convección libre o natural, en donde el fluido más caliente (o más frío) que se encuentra cerca de la frontera del sólido es el que provoca la circulación a causa de la diferencia en densidad que resulta de la variación de temperatura a través de una región de fluido.
La ecuación para la transferencia de calor por convección expresada por primera vez por Newton en 1701 y se conoce como Ley de Newton del enfriamiento de Newton.
Esta ecuación es
q A donde
= hT
(3)
q es el flujo de transferencia de calor por convección, en W o Btu / hr; A es el
área normal a la dirección del flujo, en m 2 o pies2; T es la diferencia de temperaturas entre superficie y el fluido, en K o °F, y por convección, en W / m2 K o sino una definición de h.
h es el coeficiente de transferencia de calor
Btu / hr pies2 °F.
La ecuación (3) no es una ley
En general, es una función de la geometría del sistema, de
las propiedades del fluido y el flujo y de la magnitud de T.
Se debe recordar también que incluso cuando un fluido fluye en forma turbulenta sobre una superficie, siempre hay una capa, algunas veces muy delgada, cerca de la superficie, en donde el flujo es laminar; asimismo, las partículas de fluido cercanas al sólido se encuentran en reposo.
Puesto que esto siempre es cierto, el mecanismo de
transferencia de calor entre una superficie sólida y un fluido debe también involucrar conducción a través de las capas de fluido cercanas a la superficie.
Dicha “película” de 19
fluido en general presenta la resistencia que establece el control de transferencia de calor por convección y con frecuencia el coeficiente
h se conoce como coeficiente de película.
Dos tipos de transferencia de calor que difieren en cierto grado de la convección libre o forzada, pero que se tratan cuantitativamente al aplicar la ecuación (3) son los fenómenos de ebullición y condensación.
La transferencia de calor por ebullición se asocia con un cambio de fase de líquido a vapor.
Junto con los fenómenos de ebullición pueden llegar a alcanzarse flujos de
calor muy altos, haciendo que esta aplicación sea especialmente valiosa cuando se dispone de un espacio pequeño para llevar a cabo una transferencia de energía algo grande, una de sus aplicaciones es el enfriamiento de reactores.
La condensación ocurre cuando un vapor hace contacto con una superficie que se encuentra a una temperatura inferior a la temperatura de saturación del vapor.
Cuando
se forma condensado líquido sobre la superficie, fluirá bajo la influencia de la gravedad. Normalmente, el líquido moja la superficie, se extiende y forma una película. proceso se llama condensación en película.
Este
Si el líquido no moja la superficie,
entonces se forman gotas que escurren, coalesciendo a medida que entran en contacto con otras gotas de condensado.
Tal proceso se denomina condensación en gotas.
Después de que se ha producido una película de condensado en la condensación de la película, se producirá una condensación adicional e la interfase líquido-vapor y la transferencia de energía asociada debe ocurrir por conducción a través de la película de condensado.
Por otra parte, en la condensación en gotas siempre hay algo de
superficie presente a medida que la gota de condensado se forma y escurre.
Por lo
tanto, las condensaciones en gotas siempre se asocian con las razones de transferencia de calor más elevadas en los dos tipos de fenómenos de condensación.
Es difícil
alcanzar o mantener comercialmente la condensación en gotas; por lo tanto, todo equipo se diseña tomando como base la condensación en película.
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Por ejemplo: Cuando el aire frío entra en la casa, se mezcla con el aire cálido. Se transfiere la energía calorífica al aire más frío y se reduce la temperatura general de la habitación. Se requiere más energía para reemplazar el calor transferido al aire más fresco. Al reducir el flujo descontrolado de aire que entra y sale de la casa, se reduce la cantidad de energía necesaria para calentar el aire no acondicionado.
Figura 4.
Transferencia de calor a través de paredes por convección
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1.3 RADIACIÓN
Este tipo de transferencia de calor difiere de la conducción y la convección en que no requiere un medio para su propagación; de hecho, la transferencia de energía por radiación es máxima cuando las dos superficies que intercambian energía se encuentran separadas por un vacío perfecto.
El exacto mecanismo de transferencia de calor por
radiación aun no se comprende completamente.
Existe la evidencia que apoya tanto
los razonamientos que la consideran de forma ondulatoria como los que la explican como corpuscular.
Sin embargo, un hecho notable es que un proceso tan complejo como la
transferencia de calor por radiación puede describirse mediante una expresión simple. La rapidez de emisión de energía de un radiador perfecto o cuerpo negro esta dada por
q 4 = T A
(4)
donde q es la rapidez de emisión de energía radiante, en W o Btu / hr ; A es el área de la superficie emisora, en m2 o pies2;
T es la temperatura absoluta, en K
o °F, y
es la
constante de Stefan-Boltzmann, que es igual a 5.676 x 10 -8 W / m2 K4 o 0.1714 x 10-8 Btu / hr pies2 ° R4.
En la ecuación (4) se harán ciertas modificaciones para explicar la transferencia neta de energía entre dos superficies, el grado de desviación de las superficies emisora y receptora del comportamiento del cuerpo negro y los factores geométricos asociados con el intercambio radiante entre una superficie y sus alrededores.
Por ejemplo: Cuando la luz natural entra por una ventana de una sola hoja en una habitación con aire acondicionado, se genera energía calorífica en la habitación. El sistema acondicionador de aire debe funcionar más tiempo y con más intensidad para contrarrestar el calor ganado por la ventana. Las ventanas aisladas de baja emisividad,
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las persianas y las marquesinas reducen el calor ganado por la luz natural que se cuela por las ventanas.
Figura 5.
Transferencia de calor a través de paredes por radiación
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SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
La refrigeración se define como cualquier proceso de eliminación de calor. Específicamente, se define a la refrigeración como la rama de la ciencia que trata con los procesos de reducción y mantenimiento de la temperatura de un espacio o material a temperatura inferior con respecto a los alrededores.
Para lograr lo anterior, debe
sustraerse calor del cuerpo que va a ser refrigerado y ser transferido a otro cuerpo cuya temperatura es inferior a la del cuerpo refrigerado.
Debido a que el calor siempre fluye de una región de temperatura alta a una región de temperatura baja, siempre se tendrá un flujo de calor hacia la región refrigerada de los alrededores calientes.
Para limitar el flujo de calor hacia la región refrigerada de manera que sea una mínima parte la que pase, resulta necesario aislar la región de sus alrededores con un buen material aislante.
La velocidad a la cual debe ser eliminado el calor de un
espacio o material refrigerado a fin de producir y mantener las condiciones deseadas de temperatura se le llama carga de refrigeración.
En casi todas las aplicaciones de
refrigeración la carga de enfriamiento del equipo de refrigeración, es la suma de las ganancias de calor proveniente de diferentes fuentes.
En cualquier sistema de refrigeración la sustancia empleada para absorber calor se llama refrigerante.
Todos los procesos de enfriamiento pueden clasificarse ya sea
como sensibles o latentes de acuerdo al efecto que el calor absorbido tiene sobre el refrigerante.
Cuando el calor absorbido causa un aumento a la temperatura del
refrigerante, se dice que el proceso de enfriamiento es sensible, mientras que cuando el calor absorbido cause un cambio en el estado físico del refrigerante, se dice que el proceso de enfriamiento es latente.
Para cualquiera de ambos procesos si el proceso
refrigerante es secuencial, la temperatura del refrigerante debe mantenerse en forma continua por abajo del material o del espacio que esta siendo refrigerado.
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2.1 CICLO INVERSO DE CARNOT El Ciclo de Carnot inverso, es un arreglo de dispositivos que busca fundamentalmente transferir calor desde una región fría (tradicionalmente llamada sumidero) hacia una región caliente (llamada fuente). Para realizarlo, es necesario introducir trabajo al ciclo, ya que el calor no fluye espontáneamente en la dirección indicada para este proceso.
Depósito a TA
T
QA = W + QB
TA
Máquina cíclica TB QB Depósito a TB
s (a)
Figura 6.
(b)
a) Esquema de una máquina térmica de Carnot invertida; b) diagrama T-s del ciclo
En la figura 6-a se muestra 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. neto
W
Este último opera a través de un ciclo durante el cual se suministra trabajo al motor y la cantidad de calor QA se transfiere en forma reversible a un
sumidero a temperatura alta TA.
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Aplicando la primera ley para un proceso cíclico cerrado, se tiene QB + W =
/ TB
= QA
/
QA .
Según la segunda ley para un proceso totalmente reversible, TA
QB.
El motor térmico de Carnot invertido es útil como estándar de comparación ya que
requiere del mínimo de trabajo para un efecto de refrigeración deseado entre dos cuerpos dados de temperatura fija.
En vez de la eficiencia térmica, que se toma como criterio de análisis de las maquinas 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 haya a baja temperatura a fin de mantener ésta en un valor deseado.
Por tanto, el coeficiente de
operación (COP) de un refrigerador se define como:
QB COPrefrig. =
Wentrada
Recordar que las áreas bajo las líneas de TA y TB en la figura 1-b representan a QA y QB, respectivamente.
Así para un refrigerador de Carnot
TB COPrefrig.. Carnot = TA - TB
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Nótese que el valor del COP puede exceder la unidad y, de hecho, debe ser así en un aparato bien diseñado.
Observe 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 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 el calor.
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2.2 CICLO DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPOR
Aun cuando el ciclo de Carnot invertido es un estándar con el cual se puede comparar todos los ciclos reales, no es un dispositivo práctico para propósitos de refrigeración.
Sin embargo, sería muy deseable aproximarse a los procesos de adición
de calor a temperatura constante y de expulsión de calor a temperatura constante, con objeto de lograr el máximo coeficiente de operación posible.
Esto se logra en gran
medida con un dispositivo de refrigeración según el ciclo de refrigeración por compresión de vapor.
El esquema del equipo para el ciclo, junto con los diagramas T-s y P-h del
ciclo ideal, se muestran a continuación.
Qsalida
3
Condensador
2
Wentrada
Válvula de expansión o tubo capilar
Compresor
Evaporador 1
4 Qentrada
Figura 7.
Esquema del ciclo de refrigeración por compresión de vapor
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P T P=c
T
2
3
3
4’
2 S=c
1
4
4
1
s Figura 8.
h
Esquema del equipo y diagramas T-s y P-h de un ciclo de refrigeración por compresión de vapor
Vapor saturado en el estado 1 se comprime isentrópicamente hasta el estado 2 de vapor sobrecalentado.
El refrigerante entra entonces en un condensador, donde se
elimina el calor a presión constante hasta que el fluido se convierte en líquido saturado en el estado 3.
Para devolver el fluido a una presión inferior, se expande
adiabáticamente a través de una válvula o tubo capilar hasta el estado 4.
El 3-4 es un
proceso de estrangulamiento y a través del evaporador a presión constante.
El calor
entra en el evaporador desde la fuente a temperatura baja y evapora al fluido hasta el estado de vapor saturado.
Así se completa el ciclo.
Obsérvese que todo el proceso
de 4-1 y gran parte del proceso 2-3 ocurren a temperatura constante.
A diferencia de
muchos ciclos ideales, el ciclo de compresión de vapor modelado en la figura 2 contiene un proceso irreversible, que es el proceso de estrangulamiento.
Se supone que todas
las demás partes del ciclo son reversibles.
Podría hacerse que todo el ciclo fuese internamente reversible, sustituyendo el proceso de estrangulamiento 3-4 en el diagrama T-s de la figura 8 por el proceso de expansión isentrópica 3-4’ que se ve en el diagrama.
En teoría, el trabajo del expansor
se podría emplear como ayuda para impulsar el compresor.
Además, el efecto de
refrigeración por unidad de masa de refrigerante aumentaría porque en este caso
qB
se 29
recibiría del estado 4’ al 1, en vez de hacerlo del 4 al 1.
Dicho en otras palabras,
cuando se emplea estrangulamiento, el efecto de refrigeración disminuye en una cantidad igual al área bajo la línea 4’-4 en la figura.
Tanto el efecto de una menor
cantidad de entrada neta de trabajo como el efecto de una mayor cantidad de refrigeración harían que aumentase el COP si se utilizara un expansor, en comparación con el estrangulamiento.
No obstante, en la práctica se utiliza un proceso de
estrangulamiento o de expansión libre.
En primer lugar, la producción de trabajo de un
expansor sería pequeña ya que el fluido es principalmente un líquido con un volumen específico pequeño.
En segundo lugar, un dispositivo de estrangulamiento es mucho
más barato que un expansor y casi no requiere mantenimiento.
La especificación de los sistemas de refrigeración usualmente se da con base en las toneladas de refrigeración que absorbe la unidad operando en las condiciones de diseño.
Una tonelada de refrigeración se define como una rapidez de extracción de
calor de la región fría o la rapidez de absorción de calor por parte del fluido que circula por el evaporador.
Otra cantidad citada con frecuencia con respecto a un dispositivo
de refrigeración es el gasto volumétrico del refrigerante a la entrada del compresor.
Se
le llama desplazamiento efectivo del compresor.
En una situación real, el ciclo de refrigeración difiere del ciclo ideal.
La presencia
de la fricción da por resultado tanto caídas de presión a lo largo de todo el ciclo como que el compresor sea irreversible.
Además, se debe tener en cuenta el hecho de que
hay transferencia indeseable de calor.
Como no es posible controlar con exactitud el
estado del fluido que sale del evaporador, el fluido usualmente sale como un vapor sobrecalentado, en vez de salir como el vapor saturado que se considerada en el ciclo ideal.
Las irreversibilidades en el flujo a través del compresor llevan un aumento en la
entropía del fluido durante el proceso y un incremento que depende de la temperatura final con respecto a la del caso ideal.
Si las pérdidas de calor del compresor son
suficientemente grandes, la entropía real del fluido a la salida del compresor puede ser menor que la de la entrada.
Aun cuando la caída de presión en el condensador sea
pequeña, el fluido probablemente saldrá del condensador como un líquido subenfriado y no como el líquido saturado que se supone en el ciclo ideal.
Éste es un efecto benéfico
30
del subenfriamiento que permite que el fluido absorba una mayor cantidad de calor durante el proceso de evaporación.
La evaluación de ciertos parámetros de interés en los ciclos de refrigeración se ha basado en las temperaturas de saturación del refrigerante en el evaporador y en el condensador.
No obstante, las temperaturas de operación en el ciclo real establecen
tanto la temperatura que se desea mantener en la región fría como la temperatura del agua o al aire de enfriamiento disponible para emplearse en el condensador.
En la
figura siguiente se ilustra esto.
T T P=c 2 3 Taf Trf 4
h=c
1
s Figura 9.
Efecto de la transferencia irreversible de calor en el comportamiento de un ciclo de refrigeración por
compresión de vapor
Para obtener velocidades de transferencias de calor suficientemente grandes, la diferencia de temperaturas entre los dos fluidos debe ser por lo menos del orden de 10°C (20 °F).
En el evaporador, el calor se transfiere desde una región fría hacia el
refrigerante, el cual sufre un cambio de fase a temperatura constante. temperatura de la región fría (
Trf
Si la
en la figura) debe ser –18 °C (0°F); por ejemplo, el
refrigerante tendrá que mantenerse a una temperatura de saturación correspondiente a –25°C ( -15°F ), para que la transferencia de calor sea efectiva.
Al mismo tiempo , el
refrigerante se condensa en el condensador mediante la transferencia de calor hacia un 31
medio de enfriamiento extraño al ciclo.
El agua de enfriamiento y el aire atmosférico
son dos enfriadores que podrían pasar sobre tubos del condensador. sustancias usualmente se consiguen a temperaturas
(
Taf
Como estas dos
en la figura) que van
de los 12 a los 30 °C ( 60 a 90 °F ) aproximadamente, la temperatura de saturación del refrigerante en el condensador debe estar por encima de estos valores.
En el ciclo de refrigeración de vapor, las dos temperaturas de saturación deseadas para los procesos de evaporación y condensación determinan las presiones de operación del ciclo para un refrigerante dado.
Por tanto, la elección del refrigerante depende en
parte de la relación entre la presión de saturación y la temperatura en el intervalo de interés.
Normalmente, la presión mínima del ciclo debe ser mayor que 1 atm para
evitar fugas del ambiente hacia el equipo, pero no son deseables presiones máximas superiores a los 150 o 200 psia (10 o 25 bares).
Además, se requiere que el fluido no
sea tóxico pero sí estable, de bajo costo y que tenga una entalpía de vaporización relativamente grande.
Éstas y otras restricciones limitan el número de compuestos
susceptibles de emplearse como refrigerantes.
De hecho, debido al intervalo de
aplicabilidad de los ciclos de refrigeración, no existe ni un solo fluido que sea adecuado e todas las situaciones.
Aun si el refrigerante se elige adecuadamente, se pueden
efectuar muchos cambios en el ciclo básico para mejorar el coeficiente de operación.
32
3 CALCULO DE LA CARGA TERMICA El procedimiento para el cálculo de un sistema de acondicionamiento y control de temperatura de una cámara frigorífica, es ejecutar un análisis de todos aquellos elementos que pueden originar elevación o descenso de la temperatura interior.
El análisis de
estos elementos se le llama balance térmico, el cual debe efectuarse en la condiciones climatologicas mas desfavorables y considerando únicamente los conceptos que ocurren en forma simultanea.
La carga de enfriamiento en un equipo de refrigeración raras veces es el resultado de una sola fuente de calor.
Más bien es la suma de las cargas térmicas en las que están
involucradas diferentes fuentes.
Algunas fuentes de calor más comunes que
suministran la carga de refrigeración del equipo son:
1.-
Calor que pasa del exterior al espacio refrigerado por conducción a través de
paredes no aisladas.
2.-
Calor que llega al espacio por radiación directa a través de ventanas o de
otros materiales transparentes.
3.-
Calor que pasa al espacio debido a la infiltración del aire a través de puertas
que se abren y rendijas que existen alrededor de las puertas.
4.-
Calor cedido por el producto (carga del producto) a medida que su
temperatura es bajada hasta el nivel deseado.
5.-
Calor cedido por las personas dentro del espacio refrigerado.
6.-
Calor cedido por cualquier productor de calor localizado dentro del espacio
refrigerado, tales como motores eléctricos y alumbrado.
33
No necesariamente todas estas fuentes de calor intervienen en cada caso y que la importancia de cualquiera de estas fuentes de calor con respecto a la carga de enfriamiento total varía considerablemente para cada aplicación especifica.
Los conceptos que se consideran para efectos del balance térmico a continuación se enumeran y explicaran cada una de ellas:
-
ganancias de calor a través de paredes, techos y pisos
-
ganancia de calor por infiltración de aire.
-
carga de enfriamiento del producto
-
carga de enfriamiento por las cajas, calor de respiración
-
ganancias de calor por lámparas, motores y personas
Descripción de los Muros, Techos y Piso de la cámara
Muros.-
Los muros están construidos de tabique común con un espesor de 28 cm.,
por el lado interior se aplicara un aplanado de mezcla el cual deberá quedar perfectamente liso, para poder resistir la barrera de vapor, dicha barrera será aplicada a mano y procurando que haya continuidad en ella.
Después de la barrera se coloca
aislante (10 cm.) y en seguida el acabado interior.
Generalmente en la selección del acabado interior debe tomarse en cuenta los siguientes factores:
1.-
Debe permitir el paso del vapor de agua.
2.-
Debe se incombustible.
3.-
Debe ser incoloro y que no presente alteraciones químicas.
4.-
No debe causar contaminación a los productos almacenados.
5.-
Debe prestar protección al aislante.
6.-
Tener una buena apariencia.
7.-
debe tomarse en cuenta las especificaciones sanitarias.
34
Tomando en cuenta los puntos anteriores, los acabados interiores más usuales son:
1.-
Aplanado arena-cemento sobre metal desplegado.
2.-
Laminas de asbesto-cemento.
3.-
laminas metálicas galvanizadas
4.-
Lamina de plástico reforzada con fibra de vidrio
Una vez conocidos estos acabados interiores, se tomara para la cámara frigorífica el de la lámina metálica galvanizada, debido a que reúne las condiciones de buen acabado y su bajo costo.
Especificaciones del Piso de la cámara
Ya nivelado y aplanado el terreno, se construye un firme de concreto de 10 cm., sobre el concreto ya seco y pulido se aplica la barrera de vapor, procurando que haya continuidad y no dejando claros.
En seguida el aislamiento de kroyespuma se
coloca en dos capas traslapadas de 1 ” de espesor.
Sobre el aislamiento se construirá
una losa de concreto de espesor adecuado para soportar las cargas.
Especificaciones al Techo de la cámara
Se hará una losa de concreto de 7.62 cm. de espesor, enseguida se aplicara la bandera de vapor de una forma continua e inmediatamente el aislante de fibra de vidrio, para finalmente proceder a instalar el recubrimiento interior, las puertas de la cámara deberán reunir las siguientes características:
1.-
Poco peso
2.-
Sellados por vapor de agua
3.-
Deben ser operables en todo tiempo
4.-
Deberán poder ser abiertas del interior al exterior
5.-
Deben ser equipados con estructuras resistentes a la corrosión.
35
La cantidad de calor transmitida en la unidad de tiempo a través de paredes de un espacio refrigerado es función de los factores cuya relación se expresa a través de la siguiente ecuación:
Q = AU(T) en donde:
Q = Cantidad de calor transformado en Btu/hr A = Área de la transferencia de calor ft2 BTU
U = Coeficiente global de transmisión de calor hr – ft2 – ºF T = Diferencial de temperatura a través de la pared en ºF
El coeficiente global de transmisión de calor U, es una medida de la rapidez a la cual fluye el calor a través de una área de superficie de pared de un pie cuadrado entre el aire de uno y otro lado por cada ºF de diferencia de temperatura a través de la pared.
El
valor de este coeficiente va a depender del espesor de la pared y de los materiales que se utilizan en la construcción de la misma, ya que es deseable prevenir hasta donde sea posible la entrada de mucho calor al espacio refrigerado para no aumentar la carga sobre el equipo de enfriamiento.
Los materiales utilizados en la construcción de las cámaras
frías deben ser aquellos con los que se logre un buen aislamiento térmico de tal manera que el valor de U sea lo más bajo posible.
Los valores del coeficiente global de
transmisión de calor (U), ya fueran calculados con anterioridad para la pared, piso y techo de cámara fría.
La conductividad térmica o factor (k) de un material es la razón a la cual pasa calor a través de una superficie de un pie cuadrado para un material de una pulgada de espesor por cada grado Fahrenheit de diferencia de temperatura a través del material y esta dado en
BTU hr – ft2 – ºF
.
Mientras que la conductividad térmica (k) esta disponible solo para
materiales homogéneos y el valor dado es para una pulgada de espesor del material.
La resistencia que ofrece una pared o un material al flujo de calor es inversamente proporcional a la habilidad de la pared o del material a la transmisión de calor. Entonces, la resistencia térmica total de una pared puede expresarse como el reciproco 36
del coeficiente de transmisión total, mientras la resistencia térmica de un material específico puede expresarse como el reciproco de su conductividad térmica, esto es:
Resistencia térmica total:
R =
1 U
Cuando una pared esta construida de varias capas de diferentes materiales, la resistencia total de la pared es la suma de las resistencias de cada uno de los materiales de que esta construida incluyendo las películas de aire a cada lado.
37
Para nuestro caso tendremos un enfriador con pasillo en su interior, de 16 x 26 x 13 ft de alto,
13 ft
26 ft 16 ft
Teniendo en cuenta que tanto las paredes, techo y piso están construidos de varias capas de diferentes materiales, la resistencia térmica total es la suma de las resistencias de los diferentes materiales de que esta construida la pared el techo y el piso, esto es:
1 U
=
1 + L1 + L2 + L3 + L4 + 1 h1 K1 K2 K3 K4 h2
38
En los Muros tendremos:
Materiales
Espesor de los materiales
L1 = Ladrillo L2 = Mezcla L3 = Aislante L4 = Lamina Galvanizada
L1 = 11 ” L2 = 0.5 ” L3 = 4 ” L4 = 1/8 ”
Conductividad térmica de los materiales
L2
L1
U =
K1 = 6.13 K2 = 8 K3 = 0.27 K4 = 26
L3 L4
Coeficientes de convección
h1 = 1.65 h2 = 4
1 1
+
1.65
11 6.13
+
0.5
+
8
4 0.27
+
0.125 26
+
1 4
1
U =
U =
0.606 + 1.794 + 0.0625 + 14.81 + 0.0048 + 0.2
1 17.527
U =
0.057
BTU hr – ft2 – ºF
39
En el Piso tenemos que:
L1 L2 L3
L4
Materiales
Espesor de los materiales
Conductividad térmica de los materiales
L1 = Loseta L2 = Concreto L3 = Kroyespuma L4 = Concreto
L1 = 0.5 ” L2 = 2 ” L3 = 2 ” L4 = 4 ”
K1 = 0.5 K2 = 12 K3 = 0.23 K4 = 12
1
U =
1
+
1.65
0.5 5
+
2
+
12
2 0.23
+
4 12
1
U =
0.606 + 0.10 + 0.166 + 8.695 + 0.333
U =
1 9.9
U =
0.101
BTU hr – ft2 – ºF
40
Por ultimo el Techo tiene:
L1 L2 L3 L4
Materiales
Espesor de los materiales
Conductividad térmica de los materiales
L1 = Concreto L2 = Mezcla L3 = Fibra de Vidrio L4 = Lamina Galvanizada
L1 = 3 ” L2 = 0.5 ” L3 = 4 ” L4 = 1/8 ”
K1 = 12 K2 = 8 K3 = 0.27 K4 = 26
1
U =
1
+
1.2
3
+
12
0.5
+
8
4 0.27
+
0.125 26
+
1 4
1
U =
0.803 + 0.25 + 0.0625 + 14.81 + 0.0048 + 0.25
1
U =
U =
16.1803
0.0617
BTU hr – ft2 – ºF
41
3.1 GANANCIA DE CARGA POR PAREDES Obtenidos los valores de U para todos los Muros, procederemos a calcular la ganancia de calor en paredes, que a veces se le llama carga de fuga, es una medición del calor que fluye por conducción a través de las paredes del espacio refrigerado del exterior hacia el interior.
Ya que no se dispone de ningún aislamiento perfecto, siempre
se tendrá una cierta cantidad de calor que está pasando del exterior al interior, debido a que la temperatura en el interior es menor que la temperatura del exterior. La cantidad de calor transmitida en la unidad de tiempo a través de las paredes de un espacio refrigerado, es función de la siguiente ecuación:
Q = A x U x T
donde
Q = cantidad de calor transferida en BTU por hora. A = área de la superficie de la pared externa (pies cuadrados). U = coeficiente total de transmisión de calor en BTU por hora por pie cuadrado por grado Fahrenheit.
T = diferencial de temperatura a través de la pared en grados Fahrenheit.
42
1.
Pared Norte Q = (AN)(U)(T) Q = (208)(0.057)(57) Q = 676 Btu/hr Pared Sur Q = (AS)(U)(T) Q = (208)(0.057)(74) Q = 877 Btu/hr Pared Este Q = (AE)(U)(T) Q = (338)(0.057)(62) Q = 1194 Btu/hr Pared Oeste Q = (AO)(U)(T) Q = (338)(0.057)(75) Q = 1445 Btu/hr
Q pared = 676 + 877 + 1194 + 1445 = 4192 Btu/hr
43
TECHO Q = (A)(U)(T) Q = (416)(0.0617)(80) Q = 2053 Btu/hr
PISO Q = (A)(U)(T) Q = (416)(0.101(39) Q = 1638 Btu/hr
Q pared = 4192 (24 hr.) = 100608 Btu/ 24 hr Q techo = 2053 (24 hr.) =
49272 Btu/ 24 hr
Q piso = 1638 (24 hr.) =
39312 Btu/ 24 hr
Q total = 100608 + 49272 + 39312
Q total = 189192
BTU 24 hr
44
3.2
LA CARGA POR CAMBIO DE AIRE Al abrirse la puerta de un espacio refrigerado, el aire caliente del exterior entra al
espacio para remplazar al aire frío más denso, esto constituye una pérdida en el espacio refrigerado.
El calor que debe ser eliminado por este aire caliente del exterior para
reducirle su temperatura y contenido de humedad a las condiciones de diseño del espacio, constituye una parte de la carga de enfriamiento total del equipo.
La
relación entre la carga por cambio de aire a la carga total de enfriamiento, varía para cada caso.
Mientras que para algunos casos la carga por cambio de aire es muy
pequeña con respecto a la total, en otras, ésta representa una gran parte de la misma.
En aplicaciones de aire acondicionado, la carga por cambio de aire se le llama carga por ventilación o carga de infiltración.
La carga de ventilación se da cuando los
cambios de aire en el espacio acondicionado se introducen en forma deliberada desde el exterior al interior, para satisfacer los fines de ventilación.
La filtración se da cuando
los cambios de aire son el resultado de la infiltración natural de aire hacia el espacio a través de hendeduras alrededor de puertas y otras aberturas.
Cada aplicación de aire
acondicionado involucrará ya sea la carga de infiltración o la carga de ventilación, pero no ambas en la misma aplicación.
45
Por lo que tenemos que la carga por volumen de aire es:
QCA = (Vol. interior)(Cambios de aire)(Factor de cambio de aire) Volumen interior = (16)(26)(13) = 5408 ft3 Cambios de Aire = 6.92 (ver Apéndice) Factor de cambios de Aire = 2.85 (ver Apéndice)
QCA = (5408)(6.92)(2.85)
QCA = 106 657
BTU 24 hr
46
3.3 LA CARGA DE ENFRIAMIENTO DEL PRODUCTO Los productos que se refrigeran se vuelven parte de la carga de refrigeración debido a dos efectos.
Primero, es preciso remover calor del producto para llevarlo a
las condiciones de almacenamiento.
Esto lo denominaremos carga de enfriamiento.
Segundo, algunos productos(las frutas y verduras) continúan emitiendo calor en condiciones de almacenamiento.
El cálculo del calor removido de los productos para llevarlos a las condiciones de almacenamiento, depende de las condiciones iniciales y finales.
Si el producto se
enfría a una temperatura por encima del punto de congelación, la carga equivale al calor sensible por encima de la congelación.
Carga del producto
(m) (C) (T) =
Factor de rapidez de enfriamiento
El producto que se eligió en este caso fueron los duraznos por lo que:
Duraznos
=
(200 x 59)(0.91)(64) 0.62
BTU
Duraznos = 1108439 24 hr
47
3.4 GANANCIAS DE FUENTES QUE NO SEAN PRODUCTO Estas cargas son algunas veces llamadas suplementaria, toman en cuenta a varias fuentes de calor.
Las principales son producidas por las personas que trabajan
u ocupan el espacio refrigerado junto con alumbrado y otros equipos eléctricos funcionando dentro del espacio refrigerado.
Para casi todas las aplicaciones de
refrigeración comercial, las cargas varias son relativamente pequeñas, por lo general, son obtenidas por alumbrados dentro del espacio refrigerado.
En aplicaciones de aire acondicionado no hay cargas varias como tal.
No se
puede decir que las personas que ocupan un lugar y el equipo sean parte de la carga de enfriamiento en aplicaciones de aire acondicionado.
Por el contrario, las personas y el
equipo producen cargas tan grandes que se consideran por separado y son calculadas como tales.
(200 x 4.5)(0.61)(64) Carga por las cajas =
0.67
BTU
= 51582 24 hr
48
Calor de respiración Las frutas continúan vivas después de la cosecha y siguen sufriendo cambios cuando se almacenan, el mas importante de estos cambios lo produce la respiración, proceso durante el cual el oxigeno del aire se combina con los carbohidratos del tejido de la fruta, lo que resulta en la liberación de bióxido de carbono y calor.
Puesto que el calor de respiración esta dado en BTU/ hr lb la carga del producto proveniente del calor de respiración se calcula multiplicando el peso total del producto por el calor de respiración se calcula multiplicando el peso total del producto por el calor de respiración dado, es decir:
Q =
(m)(Cr)(24 hr)
donde: m = peso promedio del producto en libras por calor de respiración, en 24 hr. Cr = Calor de respiración, del durazno (0.030)
Q = (66000)(0.030)(24 hr) = 47520
BTU 24 hr
Iluminación eléctrica Toda energía eléctrica disipada directamente en el espacio refrigerado, como luces y motores eléctricos se convierte en calor y debe incluirse en la carga térmica; 1 Watt = 3.41 BTU / hr, y esta relación de conversión es correcta para cualquier cantidad de energía eléctrica.
10 Lámparas (100 Watts x 3.4) = 340
BTU 24 hr
49
Motores eléctricos Puesto que la energía no puede crearse ni destruirse, sino solo transformarse, cualquier energía eléctrica transmitida a motores ubicados dentro de un espacio refrigerado sufrirá una transformación. Por lo común existe la creencia equivocada de que si se coloca un motor eléctrico en el interior de la cámara y el ventilador en el interior acoplado por una flecha no se transmitirá calor al espacio refrigerado.
Toda energía
eléctrica convertida en energía mecánica se trasformará en energía calorífica.
La entrada y salida de personas a la cámara de refrigeración normalmente varia con su tamaño o volumen.
Por consiguiente el número de veces que la puerta se abre
dependerá del volumen y no del número de puertas.
Esta cámara se ajusta a las
condiciones de operación de dos personas dos horas por día.
4 Motores (½ HP x 3400) = 3600
BTU 24 hr
Carga debido a las personas El cuerpo humano disipa constantemente calor y humedad.
La cantidad de calor
depende del tipo de actividad, temperatura y tiempo del cuarto refrigerado.
La carga de
calor promedio debido a las personas que se encuentran dentro del espacio refrigerado es:
2 Personas
=
500
BTU 24 hr
QTOTAL = (340) + (3600) + (500) BTU
QTOTAL =
346560 24 hr
50
3.5
GANANCIA DE CALOR TOTAL Una vez obtenidas todas las ganancias de calor consideradas procederemos a
calcular la ganancia de calor total.
Ganancias de calor en muros, techo y piso
=
189192 Btu/24 hr
Por carga de aire
=
106657 Btu/24 hr
Carga del producto
=
1108439 Btu/24 hr
Carga por las cajas
=
51582 Btu/24 hr
Calor de respiracion
=
47520 Btu/24 hr
Lamparas, motores y personas
=
346560 Btu/24 hr
Total
=
1849950 Btu/24 hr
Factor de seguridad (10%)
=
184995 Btu/24 hr
CARGA TOTAL DE ENFRIAMIENTO
=
2034945 Btu/24 hr
CARGA TOTAL DE ENFRIAMIENTO CARGA HORARIA PROMEDIO = TIEMPO DE OPERACION
Carga Horaria Promedio =
2034945 20
Carga Horaria Promedio = 101747 BTU/hr
T.R. = 8.47
51
4
SELECCIÓN DE EQUIPO
La selección de equipo se lleva a cabo una vez que se obtiene la carga térmica de todas las fuentes de calor que son consideradas, los equipos a tomar en cuenta son el evaporador y el condensador.
4.1 EVAPORADOR El evaporador es uno de los elementos importantes de toda instalación frigorífica, por ser donde se produce el efecto frigorífico que se desea obtener.
Definiendo al
evaporador de un modo general, diremos que son unos recipientes cerrados de paredes metálicas donde se efectúa la ebullición del refrigerante líquido que procede del equipo condensador, con la consiguiente absorción de las calorías obtenidas en la cámara.
En la siguiente figura se expresan
los diversos estados que atraviesa el
refrigerante a su paso por el evaporador después de ser expansionado a través del estrangulamiento a que da lugar la válvula reguladora (válvula de expansión o tubo capilar).
Las flechas indican, de abajo a arriba y siguiendo la forma del tubo:
3
4 2
1
1. 2. 3. 4.
Liquido en ebullición a baja presión. Vapor húmedo (liquido de vapor). Vapor saturado seco. Vapor recalentado. El líquido entra a alta presión.
Figura 10. Cambios de estado del refrigerante en el interior del evaporador.
52
Antes de llegar a dicho punto el refrigerante, se halla en estado líquido a alta presión, y después de atravesar el citado estrangulamiento se convierte en un instante en líquido a baja presión.
Al efectuarse este descenso de presión tiene lugar la
ebullición y consiguiente absorción de calor en una acción parecida a la ebullición del agua originando las clásicas burbujas.
Mientras avanza a lo largo del evaporador, la
masa de líquido conteniendo burbujas de vapor se convierte en una masa de vapor que arrastra gotas de líquido mezcla que se denomina vapor húmedo.
Finalmente, cuando
las ultimas gotas de liquido se han evaporado, solo resta vapor saturado.
Si se
aumenta la presión o temperatura de evaporación, parte de este vapor se condensara, convirtiéndose en vapor húmedo y, contrariamente, si se rebaja la presión o la temperatura donde exista ya vapor saturado, sin líquido disponible para evaporar, se expandirá el vapor, reduciendo la densidad del mismo.
La temperatura del vapor saturado aumenta debido al calor que absorbe del ambiente a enfriar, y cuando llega a un punto más alto que la temperatura de saturación, a la presión de evaporación existente, se llama vapor recalentado.
TIPOS DE EVAPORADORES Siendo extenso el campo de aplicaciones del frío artificial y asimismo tan variadas las diferentes condiciones que deben cumplirse en cuanto a temperatura y grado de humedad, se comprende el empleo de diversos tipos de evaporadores, variando unos de otros notablemente en su forma y construcción.
Esta diversidad de tipos se clasifica en tres grandes grupos, que corresponden a los sistemas de evaporadores conocidos:
1ª
Sistema húmedo o inundado, el cual, como su nombre lo indica, conserva el
evaporador casi totalmente lleno de líquido.
2ª
Sistema seco, en el cual el evaporador contiene la cantidad de refrigerante liquido
absolutamente necesaria, reduciendo al mínimo la cantidad de refrigerante en el sistema
53
y formando una corriente continua entre el punto de expansión y la admisión de compresor.
3ª
Sistema semi-inundado, que consiste en una variante del anterior,
estableciendo por medio de tubos conectados en paralelo a unos colectores distribuidores, una mas rápida y uniforme expansión del liquido refrigerante.
En los tres sistemas, el primer paso estriba en el control del refrigerante liquido, que debe entrar en el evaporador en la misma proporción que lo absorbe el compresor. Los evaporadores inundados, cuya utilización ha sido olvidada a favor de los otros sistemas mencionados, emplean la válvula de flotador, bien en el lado de alta o de baja presión del sistema.
En los evaporadores de tipo seco o semi-inundado, el control de refrigerante líquido se efectúa por medio de válvulas de expansión (termostaticas o automáticas), y en casos de que tengan que manejarse cantidades muy pequeñas de refrigerante, por medio de sistemas difusores graduados o tubos capilares.
Cada uno de dichos grupos o sistemas se hallan subdivididos en los siguientes tipos: Con circulación de aire por gravedad. De expansión directa. Con circulación de aire forzado. Evaporadores de tubo solamente……………… En líquido quieto. De inmersión para baños. En líquido agitado.
Evaporadores de tubo Y aletas…………………
Con circulación de aire por gravedad. De expansión directa. Con circulación de aire forzado.
54
Evaporadores sistema inundado
Las formas que adoptan estos evaporadores son también muy variadas.
Su
construcción se basa, sin embargo, en el mismo principio, o sea, la de un deposito adecuado, por medio de una válvula de flotación, al que van soldados unos tubos.
El principio de flotador puede definirse como una válvula colocada en el lado de baja del sistema para permitir la entrada de refrigerante liquido de la parte alta a medida que sea necesario, siendo controlada su acción por el nivel de liquido en el mencionado deposito cilíndrico, que normalmente debe hallarse lleno en sus cuatro quintas partes. Los vapores desprendidos por la ebullición llenan el espacio libre en la parte superior de dicho depósito.
Figura 12. Sistema de flotador en el lado de baja presión
Estos
evaporadores,
cuyo
uso,
sin
embargo,
ha
venido
decreciendo
considerablemente hasta desaparecer del mercado, son de un gran rendimiento, ya que en ellos, al hallarse toda su superficie bañada en liquido refrigerante, se obtiene una
55
plena ebullición de toda dicha masa en forma muy vigorosa, con la consiguiente y rápida absorción en grado máximo de calor en toda la superficie del evaporador.
Cuando se trata de cámaras tipo industrial y que han de trabajar con circulación de aire natural por gravedad, se adhieren también unas aletas de gran superficie a los tubos, aumentando así la capacidad de radiación.
Para instalaciones de tipo domestico
se utilizaba normalmente el tipo de tubos sin aletas.
Este mismo sistema, pero en
capacidad adecuada, es el que se utilizaba para enfriamiento por inmersión de baños de agua o salmuera.
Algunos sistemas de evaporadores inundados usaban la válvula de flotación instalada en el lado de alta presión, normalmente en el mismo depósito de líquido del compresor, que actúa de cámara del flotador.
Esta válvula se abre al admitir más
cantidad de refrigerante líquido en el depósito procedente del condensador, y deja pasar cierta cantidad de dicho líquido, que se dirige al evaporador, siempre lleno casi al tope, para reemplazar la cantidad previamente evaporada.
Dicho ciclo se repite
automáticamente mientras el sistema se haya en funcionamiento.
Figura 12. Sistema de flotador en el lado de alta presión. 56
La carga del refrigerante en el compresor resultaba en estas instalaciones de importancia capital para su funcionamiento perfecto, ya que un exceso de carga ocasionaría que, al llenarse el deposito del compresor por encima del nivel previsto, se abra la válvula de flotación y admita el evaporador una cantidad superior a la que puede evaporar, causando un retorno de liquido por la línea de succión hasta el compresor, con la consiguiente producción de escarcha en el mismo.
A la inversa, si la carga es
insuficiente, o sea, por debajo del nivel necesario en el depósito, la válvula no se abrirá, dejando de suministrar el necesario líquido al evaporador.
Evaporadores sistema seco de tubo liso
Estos evaporadores están formados por un tubo al cual se le da la forma más conveniente para su colocación en el recinto o recipiente que se desea enfriar.
El
material empleado, principalmente en los evaporadores de este tipo, para instalaciones frigoríficas automáticas, es el tubo de cobre, en los diámetros siguientes: De 1/2” (10/12 mm) De 5/8” (14/16 mm) De 3/4” (18/20 mm)
dependiendo la selección de dicho diámetro de la capacidad frigorífica de la instalación y de la longitud del tubo que se precise.
En muy escasas ocasiones, y únicamente
tratándose de instalaciones de gran capacidad, se emplean serpentines de tubo de acero.
Actualmente
y en evaporadores destinados a
instalaciones comerciales
empleando compresores tipo hermético o semi-hermético de pequeña potencia (normalmente hasta ½ CV), se utilizan evaporadores con tubo de cobres de 3/8” (8/19 mm) con los que, si bien se reduce la superficie de radiación, esta aumenta la eficiencia del evaporador, a la vez que se consigue una notable reducción de la carga de refrigerante.
57
Como ya se ha indicado, son dos las principales aplicaciones a que se destinan estos evaporadores:
1ª 2ª
Al enfriamiento de cámaras por expansión directa Al enfriamiento de baños líquidos por inmersión en los mismos
Las formas mas corrientes que suelen optarse en la construcción de estos evaporadores para cámaras son las de zigzag abierto o cerrado, y la forma oblonga, y se instalan indistintamente en el techo o en los lados.
Para baños adoptan la forma del
depósito o tanque donde deben ir instalados, colocando separados los tubos unos cinco centímetros de las paredes del mismo.
Evaporadores de placas
Una variante del tipo de vaporadotes de tubo son llamados de placas, cuyo uso se viene generalizando actualmente.
Se fabrican generalmente con dos placas de
aluminio acanalado, soldadas entre si y formando tubos en los cuales se evapora el refrigerante.
Se emplean generalmente para armarios de uso domestico, y también en placas de mayores dimensiones para aplicaciones de orden comercial e industrial, formando en algunos casos el propio deposito de almacenamiento, como ocurre en los muebles destinados a la conservación de cremas heladas y demás productos congelados.
Evaporadores sistema seco, de tubo y aletas
De todos modos, el empleo de los referidos serpentines de tubo en el enfriamiento de muebles y cámaras ha sido abandonado casi por completo, dando preferencia a los ahora clásicos evaporadores de tubo y aletas.
Estos están formados por unas
horquillas de tubo generalmente de cobre, en los diámetros empleados en los serpentines de tubo liso ya descritos, a los que se aplican, fuertemente adheridas, unas aletas o placas cuadradas o rectangulares, de latón, cobre o aluminio.
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Es de todo punto importante que exista un perfecto contacto entre las aletas de metal, a fin de asegurar la buena conductibilidad en ambos.
Para obtener una mejor
condición de dicho contacto se acostumbra dar al evaporador un baño de estaño (en los evaporadores que emplean aletas de metal) que llena los espacios que pueden existir entre el tubo y las aletas, y que, además, sirve de capa antioxidante al conjunto que forma el evaporador.
De todos modos, la solución dominante entre los fabricantes es
la de aletas de aluminio fuertemente adheridas al tubo de cobre, por expansión de este último bien por medios mecánicos o hidráulicos.
Es muy interesante que las aletas se hallen separadas entre si de forma conveniente (normalmente unos 14 mm) a fin de que entre ellas se establezca una adecuada circulación de aire, evitando así que la formación de escarcha entre las mismas impida la perfecta absorción de calor.
El grueso de dichas aletas puede ser
bien pequeño, siempre que dicho limite no sea causa de deformación (normalmente son de 0.7 mm).
Estos evaporadores adoptan también diversas medidas supeditadas a la capacidad frigorífica de la instalación y a la estructura de la cámara.
Las casas
fabricantes establecen sus rendimientos de acuerdo con la superficie total del evaporador (tubo y aletas) y las diferencias de temperatura consiguientes entre la evaporación y el ambiente de la cámara.
Normalmente estos evaporadores van colocados en el techo de las cámaras y la entrada de la válvula de expansión debe efectuarse por el extremo inferior.
En
ocasiones, a causa del espacio disponible por la estructura de la cámara o armario, se instalan verticalmente, en cuyo caso varia la colocación de las curvas, a fin de lograr la entrada del liquido, o sea, el lugar de emplazamiento de la válvula de expansión, por la parte inferior, y la salida para el retorno al compresor, para la parte superior.
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Evaporadores semi-inundados
Este tipo de evaporadores esta formados por varias series de tubos cuyo extremo inferior esta conectado a un colector o tubo de diámetro un poco mayor, por donde se hace la entrada común de refrigerante liquido.
El otro extremo de los tubos desemboca
en otro colector de mayor diámetro que el anterior, en el que se efectúa la aspiración de manera uniforme.
En este tipo de evaporadores es de capital importancia que este
perfectamente a nivel, a fin de que la distribución de líquido sea igual a través de todos los tubos conectados en paralelo.
Como podrá verse por los grabados de las figuras, el sistema semi-inundado se aplicada a los diversos tipos de evaporadores nombrados anteriormente, sea, para los serpentines de tubo, los tubos y aletas y también, naturalmente, en los de aire forzado. Anteriormente ya hemos descritos los evaporadores de placa que se construyen también bajo este sistema.
Evaporadores de aire forzado
Están formados por un serpentín de tubo de cobre con aletas adheridas en igual forma que los anteriormente descritos, trabajando en régimen semi-inundado, y el conjunto va montado dentro de una caja metálica con un ventilador directamente dirigido que establece de esta forma una circulación de aire forzado, aumentando así considerablemente la absorción de calor reduciendo, en consecuencia, la superficie de evaporador que se necesitara de ser otro el tipo empleado.
Su empleo se ha extendido grandemente por las notables ventajas que presentan y que, en resumen, son:
a)
Forma mas compacta
b)
Tamaño reducido
c)
Facilidad de instalación
d)
Obtención de una temperatura mas uniforme, debido a la rápida circulación del aire
e)
Regulación del grado de humedad relativa 60
Esta última característica resulta de primordial importancia, y su fin se obtiene por alguno de los tres métodos siguientes:
1ª Por el sistema de persianas colocadas en el lado de salida de aire, cuya inclinación se varía de acuerdo con el caudal de aire necesario. 2ª Por la variación de la inclinación de las palas del ventilador. 3ª Por la regulación de la velocidad del motor del ventilador.
El espacio entre aletas de estos evaporadores es normalmente mas reducido que en los de tipo corriente con circulación de aire natural, y por este motivo, a fin de evitar la formación de escarcha, debe establecerse una diferencia de temperatura reducida, en aumento, naturalmente, del grado de humedad , lo que hace preciso su regulación por medio de algunos indicados procedimientos.
Normalmente, para instalaciones en que
se desee mantener
Temperaturas entre 0º y 4º C, la separación entre aletas es de 7 mm.
Cuando
se trate de llegar a temperaturas por debajo de cero grados, dicha separación puede ser mayor, de 12 a 14 mm, según sea el limite deseado, o sea mayor distancia entre aletas cuanto mas baja sea la temperatura a obtener. En cambio, en aquellas instalaciones donde se deseen temperaturas altas, y específicamente para el acondicionamiento de aire, dicha separación es normalmente de 3 mm.
Debe, pues, tenerse muy en cuenta que el empleo de este tipo de evaporador será un éxito siempre que sea de la capacidad adecuada y la instalación este perfectamente ajustada.
Su instalación debe efectuarse, generalmente, a un lado o sobre la misma puerta de la cámara o nevera, a una distancia de veinte centímetros desde la parte trasera del motor del ventilador, para que pueda absorber lo mas directamente posible el aire que entra al abrirse las puertas o ventanillas, a fin de que la humedad del mismo condense en la superficie del evaporador antes de alcanzar los géneros que se conservan y exponerlos a deterioro.
61
El motor del ventilador va controlando automáticamente por medio de un termostato, cuya colocación debe efectuarse en la pared opuesta a la mitad de su altura total.
La válvula de expansión, al igual que en los demás tipos de evaporadores
anteriormente descritos, se coloca en la parte inferior del serpentín de tubo.
Figura 13. Emplazamiento de evaporadores de aire forzado en cámaras de diversas estructuras.
Como variante al tipo corriente de evaporador de aire forzado descrito anteriormente, se esta generalizando el llamado de pared, formado por una caja vertical en cuyo interior, y en el centro, se halla el elemento evaporador de tubo y aletas.
El
ventilador, que actúa de aspirador, se coloca en la parte superior, frente a la compuerta de descarga, absorbiendo aire por la otra abertura en la parte inferior.
También esta teniendo mucha aceptación el tipo de techo similar al ilustrado en la figura siguiente por su perfecta distribución de aire a través de la cámara, particularmente en aquellas de poca capacidad.
Además, los ventiladores de este tipo de
evaporadores están diseñados para trabajar a velocidad muy reducida, siendo, por tanto, recomendable en aquellos casos donde se necesita un grado de humedad elevado.
62
Capacidad del evaporador
Los factores que afectan la capacidad del evaporador son muy similares a loa que afectan la capacidad del condensador y son:
- Área superficial o tamaño del evaporador. - Diferencia de temperaturas entre el refrigerante que se evapora y el medio que se esta refrigerando. - Velocidad del gas en los tubos del evaporador dentro de la gama comercial normal, a mayor velocidad, mayor transferencia de calor. - La velocidad y flujo sobre la superficie del evaporador del medio que se esta refrigerando. - Material utilizado en la construcción del evaporador. - El enlace entre las aletas y los tubos es muy importante, si no existe una unión apretada, la transferencia de calor disminuirá considerablemente. - Acumulación de escarcha
en las aletas del evaporador, el funcionamiento a
temperaturas inferiores al punto de congelación con serpentín de frió forzado producirá la formación de hielo y escarcha en los tubos y aletas.
Esto puede
provocar la reducción de flujo de aire sobre el evaporador y la disminución de transformación de calor. - Punto de saturación del aire que entra.
El método de clasificar evaporadores varía algo con el tipo de evaporador y con el fabricante en particular.
Sin embargo los diversos métodos de aplicación son muy
similares y la mayor parte de los fabricantes incluyen junto con las tablas de régimen de evaporadores, instrucciones sobre la forma de usar estas clasificaciones
Diferencia de temperaturas
Uno de los factores mas importantes que deben considerarse al seleccionar el evaporador adecuado para una aplicación especifica es la diferencia de temperaturas entre el refrigerante en evaporación y el medio que se esta enfriando, normalmente se utilizan diferencias de temperaturas de 3° C a 11 ° C (5 ° F a 20 ° F), pero con fines 63
económicos, la diferencia de temperatura deberá mantenerse tan baja como sea posible dado que el funcionamiento del compresor será mas eficaz a una presión de succión mayor.
Sin embargo no debe salvarse el factor económico si se corre el peligro de
no almacenar el producto en condiciones óptimas, puesto que las condiciones de refrigeración dependen no solo de la temperatura del espacio refrigerado sino también de la humedad relativa.
Cuando la humedad relativa en el espacio a refrigerar es
demasiado baja, presenta una deshidratación excesiva; en este caso en las frutas.
Por otra parte si la humedad relativa del espacio refrigerado es demasiado elevada, el crecimiento de hongos, mohos y bacterias se ve estimulado y se presentan alteraciones en el producto almacenado.
El factor mas importante que rige la
humedad en el espacio refrigerado es la diferencia de temperaturas en el evaporador. Mientras menor sea la diferencia de temperaturas entre el evaporador y el espacio refrigerado, mayor será la humedad relativa.
La diferencia de temperatura y humedad
relativa están en función del producto a almacenar.
Con una diferencia de temperaturas de 4° C y con la capacidad que se requiere para satisfacer las necesidades calculadas y que son de 8.47.
En el manual de
Refrigeración Mac Quay, el Evaporador adecuado es el modelo GZA – 009 con capacidad de 5.4 T.R. .
El cual llevara dos unidades de este tipo la cámara de este
trabajo
Características del evaporador serán: 4 secciones de tubos de ¾ ” 2 motores de ½ HP c/u
64
Válvula de expansión
La función de la válvula de expansión tiene dos aspectos:
- Controlar el refrigerante liquido que pasa de la línea de alta presión al evaporador, con un ritmo concordante con el que tiene la vaporización del liquido en esta unidad. - Mantener una diferencia de presión entre los lados de alta y baja presión del sistema, para permitir que el refrigerante vaporice en el evaporador, a una baja presión, y se condense en el condensador a una lata presión.
Existen algunos tipos de válvula de expansión pero la más usada debido a su alta eficiencia y adaptabilidad a cualquier tipo de aplicación en refrigeración es la válvula termostatica de expansión.
Con un evaporador y una válvula de expansión
correctamente seleccionada para la carga, la alimentación de la válvula de expansión será bastante estable en el punto de sobrecalentamiento deseado.
Una válvula de expansión demasiado grande o un evaporador demasiado grande puede producir una alimentación errónea en el evaporador, lo cual puede dar como resultado grandes fluctuaciones en la presión de succión del compresor y posible devolución de líquido.
Para su mejor operación, la válvula de expansión debe
instalarse tan cerca como sea posible del evaporador.
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Selección de la válvula de expansión.
Para seleccionar el tamaño y el tipo de la válvula de expansión deseada en la tabla de clasificación deben conocerse los siguientes datos:
- Temperatura del evaporador - Capacidad del sistema en T.R.
En este trabajo se obtuvieron los siguientes datos:
- Temperatura de evaporación 28º C - Capacidad del sistema 8.47 T.R.
Con estos datos recurrimos al manual Hermetik y encontramos que la válvula que se requiere es la modelo TA – 6 con capacidad para 5.4 T.R.
66
4.2 UNIDAD CONDENSADORA Debe aquí hacerse notar que se acostumbra llamar compresor al cuerpo de la máquina en si con sus grifos o válvulas de servicio, y equipo compresor o Unidad condensadora al conjunto formado por dicho cuerpo con el motor eléctrico, condensador y recipiente montado sobre una bancada.
Compresor
La función especifica del compresor, que es en si la parte de mayor importancia de una instalación frigorífica, consiste en extraer el refrigerante evaporado del evaporador, comprimirlo en un punto en que pueda efectuarse la condensación y volverlo a su estado líquido de origen a fin de que se emplee nuevamente en el proceso de producción mecánica de frío.
Los compresores generalmente son del tipo de pistón dotados de movimiento alternativo, y muy raramente del tipo llamado rotativo cuando se trata de pequeñas potencias.
Ambos pueden ser del sistema abierto, hermético o semi-hermético.
Para grandes potencias se emplean compresores centrífugos o de tornillo, estos últimos también conocidos por helicoidales.
Compresores abiertos de pistón
El compresor abierto clásico en refrigeración es el de pistón de acción simple reciproca.
Se construyen normalmente de dos pistones y raramente de uno solo,
presentando estos últimos el inconveniente de estar equilibrados.
La tendencia actual es de aumentar la velocidad de giro de los compresores, con multiplicidad de cilindros de mayor diámetro y carrera mas reducida.
Algunos
compresores de tres y cuatro cilindros se montan en línea, aunque lo mas corriente es que vayan colocados en , o estrella.
67
Composición del equipo compresor
Todo equipo compresor o unidad condensadora, aunque las diversas marcas y modelos difieran en cuestiones de detalle, esta formado generalmente de las siguientes partes esenciales:
1.
Compresor.
2.
Condensador.
3.
Deposito de líquido.
4.
Bancada.
5.
Motor eléctrico.
Mecanismo de un compresor de pistón de tipo abierto
El compresor de pistón sistema abierto consta de los siguientes componentes:
1.
Cuerpo.
2.
Eje (cigüeñal o excéntrica).
3.
Pistones.
4.
Bielas.
5.
plato de válvulas.
6.
Válvulas de aspiración y descarga.
7.
Prensaestopas.
8.
Culata.
En la figura siguiente se ilustran los componentes citados anteriormente:
68
Figura 14. Compresor de pistón sistema abierto
Condensadores
Debe tener suficiente superficie interior para que tenga amplia cabida el refrigerante comprimido que entra en el mismo mientras se produce la condensación, y en segundo lugar, la necesaria superficie de radiación para obtener una rápida transferencia de calor de gas al medio enfriador.
Este puede ser el aire o el agua, y de
ahí la división en condensadores de aire y de agua.
Los condensadores con refrigerante por agua deben emplearse siempre que la temperatura ambiente en el lugar donde deba emplazarse el equipo sea superior a 32º C o bien si el aire contiene gran cantidad de polvo que pueda taponar el condensador de aire. 69
También existen los sistemas de condensación mixta, o sea empleando conjuntamente un condensador de aire y otro de agua.
La condensación que se
obtiene a través de ambos es francamente inmejorable y de una gran uniformidad sin afectarse por las temperaturas altas en las épocas de calor; además, con ellos el consumo de agua de condensación puede decirse que se convierte en una tercera parte de la necesaria para un condensador de agua normal.
Otra variedad importante, para aquellos lugares donde no existe suficiente caudal de agua de condensación, y deban necesariamente emplearse compresores de gran capacidad, como son normalmente los refrigeradores por agua, es la de los condensadores evaporativos, cuya economía, en el consumo de agua se estima en más de un 90% de la que gastan los condensadores de agua normalmente.
Otra solución en estos casos es la de emplear torres de agua donde se expulsa a la atmósfera por evaporación, y en cierta medida por radiación, el calor contenido en el agua de condensación, enfriando esta y haciéndola circular de nuevo a través del condensador de agua.
De todos modos, las dificultades que actualmente presenta el consumo de agua, particularmente cuando se trata de cantidades importantes, ha hecho cada día más interesante la utilización de condensadores de aire, aun tratándose de instalaciones de gran capacidad, empleándose en estos casos los llamados condensadores de aire a distancia que mas adelante se describen.
70
Condensadores refrigerados por aire
Los primitivos modelos de compresores usaban un serpentín de tubo de cobre. Estos condensadores ofrecían como mayor inconveniente el de una defectuosa circulación de aire y en consecuencia, un aumento de alta presión y mayor tiempo de funcionamiento de los compresores.
Sustituye actualmente a este tipo de condensador el modelo de radiador que si bien tiene menor superficie interior, ofrece, en cambio, una mayor superficie de radiación por el uso de aletas colocadas a presión sobre el tubo, y asimismo aumenta la circulación de aire por la acción directa de las palas y del ventilador acoplado a la polea del motor.
Debe tenerse en cuenta que la capacidad de un condensador se basa en los tres factores siguientes:
1º
Superficie total de radiación formada por la del tubo y aletas.
2º
Temperatura del aire ambiente en que esta emplazado el condensador.
3º
Velocidad del aire a través del condensador.
Existen algunas marcas de compresores que en sus modelos grandes emplean así mismo un ventilador adaptado al volante del compresor a fin de asegurar la circulación de aire a través de la superficie total del condensador.
Es de gran importancia el emplazamiento del compresor con objeto de facilitar una abundante circulación de aire.
La unidad debe estar ventilada a fin de lograr que el aire
frío exterior reemplace al aire caliente que despide el condensador.
En caso contrario
aumentaría la temperatura de la habitación, con el resultado de altas presiones y reducción de la capacidad frigorífica de la unidad.
71
Limpieza en los condensadores de aire
El condensador de aire debe conservarse siempre perfectamente limpio.
El
polvo o suciedad en el mismo actuara como aislante, evitando que el aire de condensación llegue a los tubos y aletas, reduciendo así la capacidad del condensador en un 40 a 60 %.
Se ha observado que la alta presión en un condensador sucio sube
de 30 a 50 libras sobre la presión normal.
El descenso de rendimiento que ocasiona
esta alta presión se confunde a menudo con la existencia de aire en el sistema.
La limpieza del condensador debe ser, parte obligada del trabajo que todo operario haga su visita de inspección a una instalación frigorífica.
Influencia del aceite en el rendimiento de los condensadores
El aceite que circula con el refrigerante tiende en ocasiones a adherirse a las paredes del tubo de los condensadores, y hace las veces de una capa aislante, reduciendo así la transmisión del calor y, inconsecuencia, el rendimiento de los mismos. Por esta razón resulta siempre recomendable el empleo del separador de aceite, que al eliminar este del refrigerante, puede hacer que el condensador resulte más eficaz.
Importancia del ventilador en los condensadores de aire
La disposición del ventilador tiene mucho que ver con la eficacia de un condensador refrigerado por aire.
En la siguiente figura se ilustra el tipo de ventilador propulsor dirigiendo el aire sobre el condensador (fig. A).
Las flechas indican como llega el aire sobre el
condensador a gran velocidad sobre una zona concentrada, dejando los extremos del condensador con muy poca circulación de aire
72
Fig. A
Fig. B
Fig. C
Figura 15. Tipos de ventilador propulsor En la misma figura se ve la misma instalación, pero con la diferencia de que el ventilador extrae el aire a través del condensador (fig. B).
En este caso, la distribución
de aire sobre la cara del condensador será uniforme, pero naturalmente, no tan rápida como en la anterior.
Además, parte del aire aspirado por el ventilador no pasa por el
condensador, y por lo tanto, representa una perdida bastante importante.
Por ultimo en la ultima figura (fig. C) se ve una disposición que extrae el aire sobre el condensador de manera muy uniforme, y debido a la cubierta que va del condensador al ventilador, muy poca cantidad de aire deja pasar a través del condensador.
Este
sistema produce excelentes resultados y causa menos ruido que forzando el aire a través del condensador.
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Condensadores de aire instalados a distancia del compresor
En lugar de ir montados sobre la bancada del equipo compresor, estos condensadores, que son siempre de gran capacidad, se montan a distancia buscando emplazamiento favorables donde exista una buena admisión de aire del exterior y puedan establecer, al propio tiempo, una circulación de aire perfecta.
Como es natural,
estos condensadores que pueden ser de tipo vertical u horizontal deben incorporar su propio ventilador que, en estos casos debe ser de cierta potencia y, normalmente, de tipo helicoidal.
Asimismo, y con objeto de simplificar el circuito, se incluye en el conjunto de
estos condensadores el correspondiente depósito o recipiente de líquido.
Condensadores de placas
En los refrigeradores de tipo domestico, se emplea también un tipo de condensador de tipo estático, sin ventilador, denominado de placas, el cual se extiende a lo largo de la parte del mueble.
Se fabrica generalmente con dos placas de metal
acanalado, soldadas entre si y formando tubos en los cuales se condensa el gas. Otros fabricantes los construyen a base de un serpentín de tubo de cobre soldado a la placa.
El aire que pasa sobre las superficies exteriores de las placas extrae el calor de
condensación del gas refrigerante y hace que este se condense.
La ultima novedad en condensadores para refrigeradores domésticos, es el llamado tipo de varilla, formado por serpentines de tubo con varillas metálicas extendidas perpendicularmente.
Los muebles refrigeradores con estos condensadores deberán
colocarse siempre separados de las paredes de las habitaciones al fin de dejar un espacio suficiente para que circule el aire y pase sobre la superficie exterior del condensador.
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Condensadores refrigerados por agua
Los condensadores refrigerados por agua se subdividen en tres tipos:
1º
De contracorriente.
2º
De inmersión.
3º
Multitubulares.
El tipo de contracorriente esta formado por dos tubos de diferente diámetro concéntricos.
El gas o refrigerante pasa por entre el tubo pequeño y el mayor, y el
agua refrigeradora por el interior del tubo de menor diámetro.
El tubo exterior se
conecta a la válvula de servicio de descarga y el interior se extiende hasta la tubería o toma de agua.
El agua que entra por la parte inferior del condensador sube por la tubería, y el refrigerante comprimido que penetra por la parte superior del condensador, circula en sentido contrario hacia abajo; de aquí la denominación de contracorriente.
El serpentín
va dispuesto con cabezales roscados para la limpieza de la conducción de agua.
Los condensadores de agua tipo inmersión están formados por un deposito igual a los usados en los demás tipos de condensadores, con la inclusión en su interior de un serpentín de agua con sus correspondientes conexiones de entrada y salida, y pueden trabajar en sentido horizontal o vertical.
Debe tenerse especial cuidado en no adoptar
este tipo de condensador en regiones donde la temperatura en invierno sea inferior a 0º C, y se congela el agua, ya que puede causar la rotura del serpentín y, en consecuencia, la entrada de agua al sistema.
El único inconveniente que presentan estos
condensadores es el de limpieza del serpentín de agua que, careciendo de tapas o cabezales a propósito, debe efectuarse pasando una solución de acido clorhídrico u otra sustancia desincrustante por su interior.
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El condensador de agua tipo multitubular esta formado, como los de inmersión, por un recipiente cilíndrico de chapa de acero extragrueso, y tubos interiores de cobre, generalmente aleados, por los que circula el agua enfriadora.
Estos tubos van mandrilados y ajustados herméticamente a una pletina soldada a los extremos del recipiente, el cual se halla provisto de unas tapas para la limpieza de la conducción de agua.
Se emplea casi exclusivamente en los compresores de gran
capacidad.
Los condensadores multitubulares se emplean también en las instalaciones frigoríficas en buques, donde circula agua de mar.
En este caso, afín de evitar la
corrosión, los tubos interiores son de aleación adecuada (normalmente, de cupro-níquel), así como las pletinas laterales que son también de una aleación especial.
Condensación mixta
Como se explica anteriormente, la condensación mixta se obtiene empleando un condensador de aire y otro de agua (este, generalmente, del tipo de inmersión) que trabajan conectados en la forma que se indica en el esquema de la siguiente figura, o sea, la descarga del compresor se dirige primero al condensador de aire, y de este al de agua, de donde el refrigerante en estado liquido pasa al evaporador.
Figura 15.
Sistema de condensación mixta con condensador de aire y otro de agua, tipo inmersión.
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Condensadores evaporativos
En este tipo de condensador consiste en una torre enfriador de agua por el sistema de aire forzado, combinada con un condensador formado por un serpentín de tubo liso (raramente se emplea tubo con aletas, ya que acostumbran a taponarse fácilmente con la consiguiente perdida de rendimiento, cuando las aguas son calcáreas).
La superficie del citado condensador se humidifica por medio de unas toberas pulverizadoras de agua, a la vez que sobre el mismo se dirige la corriente de aire de un ventilador, con objeto de activar la evaporación del agua, iniciada en el proceso de condensación del refrigerante que actúa de fuente de calor; unas placas eliminadoras colocadas a continuación separan las gotas de agua de dicha corriente de agua pulverizada, vertiéndose sobre la bandeja colectora de donde una pequeña bomba establece la recirculación de agua hacia la batería de toberas o irrigadores que, en algunos casos, son unas simples duchas.
Figura 16. Esquema de un condensador evaporativo
77
El conjunto, que se procura sea lo mas compacto posible, va englobado dentro de una caja metálica.
Con este tipo de condensador puede economizarse mas de un 90%
del agua que consume un condensador de agua normal, bien del tipo de inmersión, contracorriente o multitubular.
El rendimiento de estos condensadores esta afectado entre otros factores (superficie de serpentín, caudal de aire y cantidad de agua en circulación) por las condiciones del aire ambiente que aspira el ventilador, y especialmente por su grado higrometrico, obteniéndose resultados mas favorables en climas secos.
Deben tenerse
en cuenta que las temperaturas de condensación con este sistema son mas elevadas y por consiguiente afectan el rendimiento del compresor.
Torres de agua
Como ya se ha indicado anteriormente, para la recuperación del agua de condensación en equipo frigorífico que disponen ya de su condensador de agua, una solución mas empleadas es la torre de agua, en la que, el aire actuando de receptor de calor se pone en contacto con el agua caliente proveniente del condensador la cual se enfría al expulsar su calor a la atmósfera.
La cantidad de agua evaporada es relativamente pequeña, que ya que para evaporar un kilogramo de agua, a las temperaturas de funcionamiento de las torres, se necesitan aproximadamente 550 calorías, lo que representa la perdida por evaporación del 1% de agua circulada por cada 5.5 º C de enfriamiento.
Se considera un
rendimiento muy aceptable el enfriamiento del agua de 3 a 5 º C por encima de la temperatura del bulbo húmedo del psicómetro.
Las torres de agua se clasifican según el procedimiento empleado para producir la circulación de aire, a saber: atmosféricas, de convección natural y de convección forzada, siendo estas ultimas las mas usadas en refrigeración por ser mucho mas reducidas, permitiendo, merced a la corriente de aire regulada que proporciona el ventilador, un rendimiento muy eficiente en relación con la cantidad de calor y las condiciones del aire ambiente.
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Figura 17. Torre de Agua
Depósitos de líquido
El condensador se conecta al depósito de líquido a través de su salida por la parte inferior.
Dicho depósito, que se construye de cobre o chapa de acero extragrueso,
puede ser horizontal o vertical, e ir colocado por consiguiente debajo del compresor en el primer caso, o a un lado en el segundo.
Como su nombre indica, sirve de depósito del refrigerante que se condensa en el condensador, almacenándolo a fin de que pueda, desde allí, suministrarse al evaporador o evaporadores a medida que estos lo requieran.
La mayoría de estos depósitos van equipados con una válvula de paso, sin toma para manómetro, entre el depósito y el condensador, que sirve para evitar las perdidas de gas cuando se tiene que desmontar el condensador o bien el mismo deposito para su reparación.
Hay otra válvula de paso (también sin toma manométrica) en la salida
hacia la línea de líquido que va al evaporador, la cual lleva acoplado un tubo de sonda para la absorción del refrigerante líquido desde el fondo del depósito.
79
Estos depósitos se emplean en los tipos de compresores con condensadores refrigerados por aire o por agua, en el modelo de contracorriente.
En los
condensadores de agua de tipo de inmersión o multitubulares el propio condensador hace las veces de depósito de líquido.
Carga de refrigerante
La carga normal de refrigerante llena el depósito alrededor de una tercera parte de su capacidad.
Dicha carga puede variar unas pocas libras sin afectar la presión de
trabajo de alta.
Los puntos principales que deben tenerse en cuenta son:
1º
Que el depósito, bien sea del tipo horizontal con válvulas de paso en su
parte superior, o vertical con dicha válvula también, tenga un tubo de sonda que llegue hasta cerca del fondo del depósito.
Mientras el nivel del líquido esté por encima de
dicho tubo de sonda, el sistema funcionará a su entera capacidad.
2º
Debe mantenerse una ligera reserva de liquido, o sea, un exceso de 1.5 a 3
cm. sobre el final del tubo de sonda en los depósitos horizontales y de 5 a 8 cm. en los verticales.
3º
Se recomienda no exceder dicha carga normal de refrigerante líquido, pues
de otra forma se ocupa el espacio para los gases comprimidos, y se reduce la capacidad de condensación, aumentando la presión de alta.
4º
La capacidad extra del depósito es un punto muy interesante cuando
resulte necesario recoger el refrigerante de los evaporadores, especialmente en los de tipo inundado, que requieren un compresor con depósitos de mayor tamaño para contener el refrigerante que de por si ya llevan dichos evaporadores.
Algunos de
depósitos de esta clase tienen una capacidad extra de 50 % para compensar dicho exceso de carga.
Los evaporadores de tipo seco requieren depósitos más reducidos.
Los depósitos difieren entre sí grandemente, según la forma en que están montados, lo que implica distintas conexiones de entrada y salida, así como variación en el emplazamiento de las correspondientes válvulas. 80
Nivel de refrigerante
Para determinar el nivel de refrigerante líquido en los depósitos, algunos modelos de compresores van equipados con dispositivos indicadores a propósito, que pueden ser unas mirillas de cristal donde la formación de burbujas indica que la instalación esta suficientemente cargada, o bien a basa de unas valvulitas que se hallan colocadas a la misma altura del tubo de sonda, y que si al abrirlas ligeramente sale liquido, es señal de que la carga es correcta, y al revés en caso contrario.
En los compresores que no lleven dicho dispositivo puede determinarse el nivel de refrigerante calentando el depósito con un soplete, siguiendo una línea de arriba abajo hasta que este bien caliente.
Por el tacto a lo largo de dicha línea se notara un cambio
de temperatura que señalara el nivel donde llega el refrigerante líquido.
Encima de
este punto del depósito esta mas caliente, siendo mas baja la temperatura en la parte restante del depósito, porque en ella el calor es absorbido por el refrigerante liquido contenido en la misma.
Figura 18. Nivel de refrigerante en el depósito
Válvula de retorno de aceite
Algunas marcas de compresores incorporan este dispositivo al extremo del conducto de aspiración por donde retorna el aceite al cárter.
Dicha válvula, que es del tipo de lengüeta, actúa de la siguiente forma:
1º
Al pararse la maquina y subir la presión de aspiración se abre la lengüeta y
permite el retorno del aceite que contiene el gas evaporado.
81
2º
Al ponerse en marcha y descender la presión de aspiración en relación con
la del cárter, dicha lengüeta queda cerrada y se evita el bombeo del aceite.
Separador de aceite automático
El empleo de un buen separador de aceite automático se ha generalizado mucho, resultando de absoluta necesidad en cada uno de los casos siguientes:
a) Cuando el compresor se halla instalado a un nivel superior a la altura de los evaporadores, o donde la diferencia de altura entre ambos sea inferior a un metro. b) Cuando la disposición de la instalación no permita un franco retorno del aceite, o sea que haya embolsamiento, espiras o sifones en la línea de aspiración. c) En todas las instalaciones que trabajen con evaporadores del sistema inundado o semi-inundado. d) En las instalaciones a bajas temperaturas, y especialmente en el enfriamiento de tanques, bien sean del tipo seco o de baño. e) Cuando el compresor se halle instalado a larga distancia del evaporador. f) En cualquier instalación que por causas diversas no puede trabajar bajo su ciclo normal de funcionamiento automático. g) En compresores que trabajen a velocidades elevadas.
Aparte de la natural ventaja que su uso implica para el mantenimiento del nivel correcto de aceite en el cárter, existen otros beneficios que se obtienen en el funcionamiento y consiguiente rendimiento del equipo, al evitar, en lo posible, la libre circulación de aceite por todo el sistema.
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El separador de aceite se instala en el tubo de descarga, a la salida del compresor, entre este y el condensador.
El refrigerante comprimido que contiene
aceite en forma de neblina penetra por la abertura de entrada y pasa por la placa deflectora de entrada, cuyo diámetro es mayor que el tubo de descarga, reduciendo, por consiguiente, la velocidad del refrigerante.
Sin embargo, como las partículas de aceite
tienen mas impulso y menos fuerza para cambiar de dirección que el refrigerante, choca contra las superficies de las placas deflectoras y se escurre hasta el fondo de la cubierta, permaneciendo allí hasta que el nivel de aceite sube lo suficiente para abrir la válvula de flotación y hacer que el aceite regrese al cárter por medio de vació en el mismo a trabes del tubo de sonda.
Figura 19. Separador de aceite automático
Al salir del separador de aceite el refrigerante pasa por otra serie de placas deflectoras, en cuyo punto las partículas más finas de aceite son recogidas a medida que el refrigerante se acelera hasta adquirir su velocidad primitiva pasando luego exento de aceite al condensador.
Otros tipos de separadores de aceite, más modernos, tienen dispuesta la entrada del refrigerante por la parte inferior o central.
En este tipo de separador, aparte del
imprescindible sistema de boya y válvula-flotador, el resto del recipiente esta ocupado por un filtro de gran capacidad compuesto de un cuerpo de chapa perforada, que ocupa el centro, para romper las burbujas, facilitando el desprendimiento del aceite, así como un paquete de virutas de acero que obliga a que se separen las pequeñas partículas de aceite arrastradas por el flujo del refrigerante.
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Calculo de la unidad condensadora
La unidad condensadora es básicamente un intercambiador de calor en donde el calor absorbido por el refrigerante durante el proceso de evaporación es debido al medio de condensación.
Su temperatura desciende al punto de saturación y el vapor se
condensa convirtiéndolo en líquido.
Estas unidades son fáciles de instalar, de mantenimiento económico, no requieren agua y no tienen peligro de congelación, en tiempos fríos. un suministro adecuado de aire fresco.
Cuando
el
Sin embargo es necesario espacio
lo
permite
los
condensadores pueden fabricarse con una sola hilera de tubería, sin embargo para lograr un tamaño mas compacto, se construyen con una área frontal relativamente pequeña y varias tuberías superpuestas a lo ancho.
El aire al ser forzado a través del condensador absorbe calor y eleva su temperatura por consiguiente disminuye la eficacia de cada hilera subsiguiente en el serpentín de hasta seis hileras de profundidad.
Para la elección de la unidad condensadora es necesario conocer los siguientes puntos:
Humedad relativa ------------------ 75% Temperatura de la cámara ------- 40º F Temperatura de evaporación ----- 10 – 40º F
Las condiciones para este sistema serán:
-
Temperatura de evaporación 30º F menos 2º F debido a las perdidas de la tubería, quedara 30º - 2º F = 28º F.
-
Para la temperatura de condensación se tomara la temperatura ambiente.
Temp. Condensación
90 + 20 = 110º F
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Una vez obtenidos los datos anteriores y basándose en el manual para refrigeración GILVERT COPELAND, se procede a encontrar el modelo adecuado a nuestras necesidades.
Capacidad del sistema ------------- 8,47 T.R. Temperatura de condensación --- -110º F
Se encuentra que el modelo adecuado de acuerdo al catalogo mencionado es:
UNIDAD CONDENSADORA = MC-221500
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Equipo auxiliar
Deshidratador .-
Este se selecciona de acuerdo con la carga de refrigeración y su función principal es evitar al máximo la humedad en el sistema mediante un material desecante.
Marca ----- Hermetik Modelo ---- R – 500 - 12
Separador de Aceite .-
Sirve para que el aceite del compresor no sea arrastrado por el gas de descarga, en este caso se requiere un separador.
Marca ----- Hermetik Modelo ---- S - 803
Indicador de líquido .-
Permite observar el flujo del refrigerante en el sistema,
además nos indica cuando el sistema tiene humedad, se requiere el siguiente tipo:
Marca ----- Hermetik Modelo ---- IL – 16
Control de Temperatura .- Es un dispositivo que interrumpe el sistema cuando la presión disminuye debido a la reducción de temperatura en la cámara, se requiere el siguiente control de temperatura:
Marca ----- Saginomiya Modelo ---- ALS – C-1050
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CAPITULO
III
87
CONCLUSIONES
El carácter altamente perecedero de los alimentos, así como la susceptibilidad de sus propiedades, hacen de ellos productos muy delicados tanto en su producción, como en su conservación.
En todos los países del mundo, la producción, transformación y distribución de los alimentos, obliga a considerar en forma relevante las diversas opciones de que dispone la tecnología para preservar adecuadamente los productos alimenticios.
Las
tecnologías frigoríficas destacan dentro de ellos, en virtud de que su buena aplicación, permite conservar las propiedades organolépticas y funcionales de los alimentos.
Pero si bien las tecnologías frigoríficas son altamente funcionales en la preservación de productos alimenticios, son costosas, ya que se trata de procedimientos de alto consumo de energía.
La cadena de frío es el conjunto de procedimientos que
se aplican a un alimento para conservarlo a lo largo de todas las fases de la cadena alimenticia.
La tecnología para la producción de temperaturas abajo del ambiente, ha permitido en variadas aplicaciones resolver los problemas de conservación, sobre todo de productos perecederos.
La refrigeración cubre un rango muy amplio de
temperaturas desde unos cuantos grados arriba de cero, hasta temperaturas cercanas al cero absoluto.
Cada uno de estos diferentes niveles de temperatura exige una
determinada tecnología y métodos específicos para su producción, dependiendo del tipo de aplicación.
En este trabajo se aplicó un método para llevar a cabo el cálculo de la carga de enfriamiento para almacenamiento de duraznos en una cámara frigorífica.
Este
método considera la generación de calor de las diferentes fuentes térmicas que conforman dicha carga.
Además este trabajo puede servir de guía para los estudiantes
interesados en el área de refrigeración.
A continuación se presenta un resumen del equipo seleccionado.
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RESUMEN DE LA SELECCIÓN DEL EQUIPO
1.
UNIDAD EVAPORADORA
Marca ------- MC QUAY Modelo ------ GZA - 009
2.
UNIDAD CONDENSADORA
Marca ----- GILVERT COPELAND Modelo ------ MC-221500
3.
INDICADOR DE LÍQUIDO
Marca ----- Hermetik Modelo ---- IL – 16
4.
CONTROL DE TEMPERATURA
Marca ----- Saginomiya Modelo ---- ALS – C-1050
5.
SEPARADOR DE ACEITE
Marca ----- Hermetik Modelo ---- S - 803
6.
FILTRO DESHIDRATADOR
Marca ----- Hermetik Modelo ---- R – 500 – 12
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BIBLIOGRAFIA
Principios de refrigeración Dossat, Roy J. CECSA 2a edición en ingles
Transferencia de calor J. P. Holman McGraw-Hill 8ª Edición
Tratado practico de refrigeración automática J. Alarcón Creus Boixareu Editores 5ª Edición
Refrigeración comercial, industrial, domestica y aire acondicionado Pietro Mancini Di Meco Editorial Trillas 1ª Edición
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APÉNDICES
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Tabla 1.- Cambios de aire promedio por 24 horas para cuartos de almacenaje arriba de 32 °F debido a abertura de puertas e infiltración
(No se aplica a cuartos que tienen ductos de ventilación o rejillas) Volumen pies cúbicos
Cambios de aire por 24 hr
Volumen pies cúbicos
Cambios de aire por 24 hr
Volumen pies cúbicos
Cambios de aire por 24 hr
205 300 400 500 600 800
38 34.5 29.5 26 23 20
1000 1500 2000 3000 4000 5000
17.5 14 12 9.5 8.2 7.2
6000 8000 10000 15000 20000 25000
6.5 5.5 4.9 3.9 3.5 3
Nota:
Volumen pies cúbicos
Cambios de aire por 24 hr
30000 40000 50000 75000 100000
2.7 2.3 2 1.6 1.4
Para cuartos de almaen con antesala, se reducen los cambios a 50 % de los valores dados en la tabla. Para uso de servicio pesado, agregar 50 % a los valores dados en la tabla.
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TABLA 2.-
Calor de reacción de frutas y vegetales
FRUTAS
VEGETALES
Articulos
Temperatura Grados F
Btu por hora por lb
Temperatura Grados F
Btu por hora por lb
Manzanas
32 40 60
.018 .030 .120
Espárragos
32 40
.035 .170
Damascos
32 40 60
.023 .036 .170
Frijoles, Habas
32 60
.170 .820
Habichuelas
32 40 60
.099 .140 .470
54 68 70-56
.069 .190 .500
Betabel
32 40 60
.055 .085 .150
Aviñón
36 60
.115 .345
Bretones
32 40 60
.059 .095 .280
Cerezas
32 60
.32 .250
Arándanos
32 40 50
.014 .019 .036
Calabaza
32 40 60
.059 .095 .280
.014 .019 .036
Coliflor
Dátiles, Frescos
32 40 50
32 40 60
.059 .095 .280
.0096 .022 .058
Zanahorias
Toronjas
32 40 60
32 40 60
.045 .073 .170
.0075 .014 .050
Apio
Uvas
32 40 60
32 40 60
.059 .095 .280
.012 .017 .062
Maiz, dulce
32 40
.035 .170
Limones
32 40 60
Pepino
.012 .017 .062
.028 .041 .175
Limón mexicano
32 40 60
32 40 60
Naranjas
32 40 60
.017 .029 .104
40 32 40 60
0.2 .240 .330 .960
Duraznos
32 40 60
.023 .036 .170
Melones (excepto sandías)
32 40 60
.028 .041 .175
.016 .230
Hongos
Peras
32 60
32 50
.130 .460
Ciruelas
32 60
.032 .250
Cebollas
32 50 70
.018 .039 .075
Membrillos
32 40 60
.018 .030 .120
Chirivias
32 40 60
.045 .073 .170
Fresas
32 40 60
.068 .120 .360
Patatas
32 40 70
.014 .030 .060
Platanos Colgados Madurandose Enfriandose
Articulos
Escarola Lechuga
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96
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