DISEÑO DE UNA CÁMARA DE REFRIGERACIÓN

Se requiere destinar un ambiente de congelamiento o conservación para el siguiente caso:

Producto: Carne de pavo (congelado)Movimiento del producto: 900 kg/díaCon una capacidad máxima de 120 pavos de 10 kilos ósea 1200kg

Condiciones de Almacenamiento:

Lugar de ubicación: LimaTemperatura de almacenamiento: -12 ºCHumedad relativa: 75%Tiempo de almacenamiento máximo: 6 mesesTemperatura del exterior: 27 ºC

Material de las paredes: Ladrillo común con espesor promedio de 12cmTipo de aislante: Poliestireno expandidoSuperficie expuesta al sol: Techo

Número de personas trabajando: 2 estando 3 horas al día en la cámaraIluminación: 2 focos de 40w Motor y ventilador de 3 / 4 de HP trabajando 20 horas diarias

El área de la cámara es de 7.1 metros de la largo, 2.7 metros de ancho con 2.3 metros de alto, la puerta de la cámara es 2 metros de alto y 0.8 centímetros de ancho.

I. Desarrollo de la solución :

Ancho promedio = 12cm

Cámara de Congelación:

Producto: carne de pavo Masa: 900 Kg/día

Temperatura de congelamiento: -12°C

Temperatura exterior: 27°C

Calor de las paredes:

Aislamiento: Poliuretano expandido

Espesor del ladrillo de la cámara: 12cm

Para calcular el calor que atraviesa cualquier pared o el techo debemos aplicar:

Q pared=Ax ∆TRt

Donde:

A es el área de la pared en m2

∆T es la diferencia de temperatura en °C (Text. – Tcam.)

R1 Resistencia para la transferencia de calor por parte de la pared ( m2C° hKcal

)

R2 Resistencia para la transferencia de calor por parte del aislante ( m2C° hKcal

)

GANANCIA DE CALOR POR PAREDES

Determinación de áreas de transferencia:

A1=area frontal o sur=7.1m x2.3m−0.8mx2m=14.73m2

A2=arealateral derechao este=2.7mx2.3m=6.21m2

A3=arealateral izquierdaooeste=2.7m x2.3m=6.21m2

A4=area posterior onorte=7.1mx2.3m=16.33m2

A5=area superior o techo=7.1m x2.7m=19.17m2

Determinación de resistencia de transferencia de calor:

Determinación del espesor del aislante:

Resistencia de transferencia de calor:

Rresistencia dela pared=0.02h .m2 .° C

kcalpor cadacentimetro

Espesor del ladrillo=12cm

Rresistencia dela pared total=0.24h .m2 . °C

kcal

Rresistencia del aislante=0.32h .m2 . °C

kcalpor cadacentimetro

Espesor del aislante=12.5cm

Rresistencia del aislante=4h .m2 . °C

kcal

Determinación de calor por paredes

Qdel sur=14.73m2 x (27−−12 )C°

0.24+4=135.488Kcal /hr

Qdel este=6.21m2 x (27−−12 )C °

0.24+4=57.120Kcal /hr

Qdeloeste=6.21m2 x (27−−12 )C°

0.24+4=57.120Kcal /hr

Qdelnorte=16.33m2 x (27−−12 )C°

0.24+4=150.205Kcal /hr

Nota: Para el cálculo del calor del techo se debe considerar la influencia del sol

Por lo tantoa la variacionde temperaturadel techo se≤debeagregar 8.3C°

Qdel techo=19.17m2 x (27−−12+8.3 )C°

0.24+4=213.854Kcal /hr

Entonces el calor que se transfieren por las paredes es la sumatoria de las anteriores

∑ calor por conveccion=Qdel techo+Qdel norte+Qdel oeste+Qdel este+Qdel sur

∑ conveccion=613.787Kcal /h

CALOR DEL AIRE INFILTRADO:

Para calcular el calor de aire infiltrado debemos aplicar la siguiente fórmula:

Q=V cam× N° /día×C

Donde:

V cam es el volumen de la cámara en m3

N ° /día es el número de renovaciones al día.

C es el calor de aire eliminado en kcal/m3

V cam=7.1m x2.3m x2.7m=44.091m3

Para el cálculo debemos extraer los datos de las siguientes tablas:

Por ello:

Q por infiltracionde aire por dia=44.091×11.5×11=5577.512Kcal

Pero el total de energía encontrada es por día, por ello se debe calcular por hora.

Q por infiltracion=5577.51224 hr

Kcal=232.396Kcal

hr

CALOR DEL PRODUCTO:

Para calcular el calor de los productos en sobre y bajo congelamiento debemos

aplicar la siguiente fórmula:

Q=mproducto×ce×∆T

Y para calor de congelamiento se usa:

Q=mproducto×cL

Donde:

m producto es la masa del producto en kg/día.

ce es el calor específico en kcal

kg . °C

c L es el calor específico latente en kcalkg

Para ello se debe usar la siguiente tabla:

Calor de sobre congelamiento

Qde sobrecongelamiento=m producto×ce×∆T

ce de sobre congelamiento= 0.75 Kcal/ Kg c°

∆T=27C °

m producto=900Kgdia

=37.5 kghr

Qde sobrecongelamiento=37.5kg

hrx0.75KcalKgC °

x 27C°=759.375Kcal /hr

Calor de transformación

Q=mproducto×cL

m producto=900Kgdia

=37.5 kghr

c L=¿Calor de fusion=59 kcal /Kg¿

Qde transformacion=37.5kghr

x 59kcalKg

=2212.5kcal /hr

Calor bajo congelamiento

Qbajo congelamiento=mproducto×ce×∆T

cespecifico debajocongelamiento=0.4kcalKgC°

m producto=900Kgdia

=37.5 kghr

∆T=12C°

Qbajo congelamiento=37.5kghr

x12C° x0.4kcalKgC °

=180 kcalhr

∑ decarga por hora=Qde sobrecongelamiento+Qdetransformacion+Q bajocongelamiento

∑ decarga por hora=3151.875 Kcalhr

CARGAS SUPLEMENTARIAS

El ambiente tiene 2 focos de 40 watios , además se cuenta con un motor ¾ de Hp para el ventilador que se encuentra dentro del cuarto trabajando 20 horas por dia ,además trabajan 2 personas , estando ellas un total de 3 horas en la cámara.

CALOR DE LAS PERSONAS:

Para calcular el calor de las personas debemos aplicar la siguiente fórmula:

Q per=N×Cper×Nhorasdía

Donde:

N es el número de personas.

C per es el calor liberado por cada persona.

Nhorasdía

es el número de horas por día.

Para el cálculo debemos extraer el calor liberado por cada persona de la

siguiente tabla:

Nota: debido a que -12 °C es un munero casi intermedio entre -10 y -15 se

considera que el calor liberado por persona es 300 Kcal/hr

Q per=2x 300kcalhr

x3hr=1800 kcaldia

=75kcal/hr

CALOR POR MOTOR ELECTRICO

Para el cálculo debemos extraer el calor liberado por cada persona de la

siguiente tabla:

Qmotor=Potencia×Cmotor×Nhorasdía

Qmotor=34HP x1070

kcalHP.hr

x 20hrdia

=16050 kcaldia

=668.75 kcalhr

CALOR DE LUMINARIA:

Para calcular el calor de la luminaria debemos aplicar la siguiente fórmula:

Qlum=N ×Pot ×Nhorasdía

Donde:

N es el número de luces.

Pot es la potencia de cada luz w= J /s

Nhorasdía

es el número de horas por día.

Considerando que 1Kcal= 4 Kj

Cálculo del calor de luminaria:

Qlum=2×40Js×3 x3600 s

día=864 KJ=216 Kcal

dia=9 Kcal

hr

Por lo tanto el calor suplementario es el siguiente

∑ calor suplementariototal=Q per+Qmotor+Qlum=752.75Kcalhr

Entonces el total de calor que se debe extrae es la sumatoria de todos los anteriores calores calculados

∑Calor termico total=Q suplementario+Q decargatermica por hora+Q porinfiltracion+¿¿

Qcalor por conveccion

∑Calor termico total=4750.808 kcalhr

SELECCIÓN DEL REFRIGERANTE

Refrigerante

Seguridad, baja toxicidad e

inflamabilidad

Menor volumen específico

(costo)

Menor potencial

destructivo de la capa de

ozonoTOTAL

40% 30% 30%

R22 3 <> 1.2 3 <> 0.9 1 <> 0.3 2.4

R134a 3 <> 1.2 2 <> 0.6 3 <> 0.9 2.7

R404 2 <> 0.8 2 <> 0.6 3 <> 0.9 2.3

SELECCIÓN DEL COMPRESOR

Primero determinaremos mediante una tabla ponderada, el tipo de compresor que utilizaremos:

RendimientoFacilidad de

mantenimiento

Bajo costo de

AdquisiciónTotal

40% 40% 20% 100%

Herméticos

3 1 3

2.21.2 0.4 0.6

Semi-herméticos

2 3 22.4

0.8 1.2 0.4

Abiertos

2 2 1

1.80.8 0.8 0.2

Comprobando que el más óptimo es un compresor semi-hermético, seguidamente analizaremos los siguientes datos para su selección en un CATÁLOGO BITZER:

Sabiendo que:

Cargatotal :4750.808kcalhr

Selección del tipo de compresor

Debido a que la temperatura del exterior es de 27º C, entonces nuestro condensador deberá trabajar sobre 10º C más de temperatura, por lo tanto:

La temperatura del condensador será de: 37º C

Por otro lado, la temperatura del evaporador debe ser 10º C menor a la de la cámara de refrigeración y como los pavos deben conservarse a -12º C, entonces:

La temperatura del evaporador será de: -22º C

Por lo tanto, hemos seleccionado el compresor 4VCS-6.2Y, ya que los parámetros de temperatura y carga térmica son mayores a los mínimos requeridos.

Luego, en la siguiente tabla, podemos observar las características más importantes de este tipo de compresor, como:

El número de cilindros que posee, la cantidad de aceite con la cual debe trabajar, la tensión de alimentación y el amperaje máximo.

Datos técnicos del compresor seleccionado

SELECCIÓN DE LA VÁLVULA DE EXPANSIÓN

datos

Pcondensador 17 ¿̄

Peva .Conservacion4.2 ¿̄

Peva .Congelacion2.5 ¿̄

Se ingresa a la tabla de VET danfoos (vease ANEXO ªª)

Con la diferencia de presiones de alta y baja de la camara se selecciona 17−4.2=12.8 ¿̄

Se quieta ente 1 a 2 bar por caidas entre elementos12.8=10.8 ¿̄

SELECCIÓN DEL EVAPORADOR

SELECCIÓN DEL EVAPORADOR “1 y 2” (CONSERVACION)

Carga térmica: 4750.808Kcal/hr

Para poder seleccionar el evaporador tenemos que tener la carga térmica en Watts (W).

CT= 40831,9 W

También necesitaremos la humedad relativa (HR), temperatura de la cámara (TC).

HR= 75% TC= -12 °C

En el sistema se está utilizando el siguiente refrigerante.

Refrigerante = R134a

Primero antes de entrar a la tabla necesariamente tenemos que hallar un factor de corrección usando las siguientes tablas:

De esta tabla encontramos el valor de K, en este caso para una humedad relativa de 75 % el k es 9.

Luego de hallar k en esta tabla hallamos el FC para la carga térmica en la siguiente tabla:

Por lo tanto con una temperatura en la cámara de -12° C y con el K: 10 hallamos el Factor de corrección:

FC= 0.71

Con este factor de corrección obtendremos la carga térmica corregida.

CT=40831,9× 10,71

=54442.5W