ing. carlos fidel cruz mamani refrigeraciÓn y aire acondicionado ing. carlos fidel cruz mamani...

Ing. Carlos Fidel Cruz MamaniIng. Carlos Fidel Cruz Mamani

REFRIGERACIÓNREFRIGERACIÓNYY

AIRE ACONDICIONADOAIRE ACONDICIONADO

ING. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANIING. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANIDOCENTE DE INGENIERIA MECÁNICA – DOCENTE DE INGENIERIA MECÁNICA –

ELECTROMECÁNICAELECTROMECÁNICA2 0 0 92 0 0 9

CAPITULO 5CAPITULO 5DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DE DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DE

SISTEMAS DE REFRIGERACIÓNSISTEMAS DE REFRIGERACIÓN

OBJETIVO:OBJETIVO:

Diseño, cálculo y Diseño, cálculo y dimensionamiento de un dimensionamiento de un sistema de refrigeración sistema de refrigeración



5.1 INTRODUCCIÓN5.1 INTRODUCCIÓN

El cálculo del balance Térmico de una El cálculo del balance Térmico de una instalación frigorífica pretende instalación frigorífica pretende determinar la potencia frigorífica determinar la potencia frigorífica necesaria para cubrir las necesidades necesaria para cubrir las necesidades de la instalación, y en consecuencia, de la instalación, y en consecuencia, realizar la elección de los equipos realizar la elección de los equipos frigoríficos de acuerdo con este cálculo. frigoríficos de acuerdo con este cálculo.


Las necesidades de la Las necesidades de la instalación, serán función de:instalación, serán función de:

Régimen de trabajo

Clima del lugar

Tipo, cantidad y estado del producto

Temp. del producto a su entrada a la cámara

Calor específico Renovación de

aireCalor de respiración del producto

Calor desprendido por la iluminación

Calor debido a existencia de puentes térmicos

5.2 CALCULO DEL BALANCE 5.2 CALCULO DEL BALANCE TÉRMICOTÉRMICO

Para mantener fría una cámara y todo Para mantener fría una cámara y todo lo que está contenida en ella, es lo que está contenida en ella, es necesario extraer el calor inicial y necesario extraer el calor inicial y después el que pueda ir entrando en después el que pueda ir entrando en la cámara, por bien aislada que esté.la cámara, por bien aislada que esté.

Él requerimiento total de refrigeración, Él requerimiento total de refrigeración, puede establecerse como sigue:puede establecerse como sigue:

QQTOTALTOTAL= Q = Q productosproductos + Q + Q otras fuentesotras fuentes



5.2.1 CÁLCULO DE LAS PERDIDAS POR 5.2.1 CÁLCULO DE LAS PERDIDAS POR TRANSMISIÓNTRANSMISIÓNEl calor que entra en la cámara por El calor que entra en la cámara por

transmisión de calor a través de las transmisión de calor a través de las paredes y el techo viene dada por la paredes y el techo viene dada por la expresión.expresión.

QQ11= U*S*∆T= U*S*∆T

Siendo:Siendo:

Q; Tasa de calor en [Kcal/dia] o [W]Q; Tasa de calor en [Kcal/dia] o [W]

U; coeficiente de transferencia de calor U; coeficiente de transferencia de calor [w/m[w/m22 ºC] [Kcal/h m ºC] [Kcal/h m22 ºC] ºC]

S; superficie de la pared en mS; superficie de la pared en m22

Para determinar el coeficiente global Para determinar el coeficiente global de transmisión de calor se emplea la de transmisión de calor se emplea la siguiente expresión:siguiente expresión:

Siendo fSiendo f00 y f y f ii los coeficientes de los coeficientes de convección exterior e interior.convección exterior e interior.

e e 11 … los espesores de los diferentes … los espesores de los diferentes elementos que constituyen la pared.elementos que constituyen la pared.

Ing. Carlos Fidel Cruz MamaniIng. Carlos Fidel Cruz MamaniIng. Carlos Fidel Cruz MamaniIng. Carlos Fidel Cruz Mamani

ifk

e

k

e

fU

1...

11

2

2

1

1

0

Cálculo de la temperatura Cálculo de la temperatura exterior base o de proyecto.exterior base o de proyecto.

TTEBEB= 0,6 T= 0,6 Tmáxmáx + 0,4 T + 0,4 Tmedmed


5.2.2 CÁLCULO DE LAS PERDIDAS POR 5.2.2 CÁLCULO DE LAS PERDIDAS POR REFRIGERACIÓN DE LOS PRODUCTOS.REFRIGERACIÓN DE LOS PRODUCTOS.

La carga calorífica correspondiente a La carga calorífica correspondiente a la conservación de los alimentos la conservación de los alimentos puede dividirse en distintos puede dividirse en distintos sumandos según el caso. sumandos según el caso.

a)a)Refrigeración de alimentosRefrigeración de alimentos

b)b)Congelación de alimentosCongelación de alimentos

c)c)Calor de respiración de alimentosCalor de respiración de alimentos

d)d)Calor del embalaje. Calor del embalaje. Ing. Carlos Fidel Cruz MamaniIng. Carlos Fidel Cruz Mamani

QQ22=Q=Q2121+Q+Q2222+Q+Q2323

QQ2121; Necesidades por enfriamiento del ; Necesidades por enfriamiento del producto antes de solidificar.producto antes de solidificar.

QQ2222; Necesidad por congelamiento.; Necesidad por congelamiento.

QQ2323, Necesidad por enfriamiento del , Necesidad por enfriamiento del producto tras la congelación hasta producto tras la congelación hasta la temperatura de régimen.la temperatura de régimen.

a) La carga calorífica de refrigeración a) La carga calorífica de refrigeración para condiciones de conservación para condiciones de conservación del producto es: del producto es:


QQ22=Q=Q2121+Q+Q2222+Q+Q2323


QQ2121=m c=m cpp (T (Tee - T - Tff))

m; masa del producto que debe enfriar, m; masa del producto que debe enfriar, en kg.en kg.

Cp, calor específico del producto antes de Cp, calor específico del producto antes de la congelación.( Su valor puede verse en la congelación.( Su valor puede verse en tablas)tablas)

Te; temperatura del producto al entrar Te; temperatura del producto al entrar en la cámara.en la cámara.

Tf; temperatura del producto al final del Tf; temperatura del producto al final del enfrimiento, en ºC (esta temperatura enfrimiento, en ºC (esta temperatura será superior a la de la congelación)será superior a la de la congelación)


QQ2222=m ∙ L=m ∙ L

Siendo: Siendo: m ; masa del producto que debe m ; masa del producto que debe

congelar.congelar.L, calor latente de solidificación, en L, calor latente de solidificación, en

[kcal/kg][kcal/kg]

Calor latente es la cantidad de calor Calor latente es la cantidad de calor necesario para cambiar el estado de necesario para cambiar el estado de un cuerpo sin alterar su temperatura.un cuerpo sin alterar su temperatura.


b) Enfriamiento del producto b) Enfriamiento del producto tras la congelacióntras la congelación

QQ2323=m c=m c33 (T (Tcongcong – T – TRR))

Siendo: Siendo:

m; masa del producto, en kgm; masa del producto, en kg

CC33 ; calor específico del producto ; calor específico del producto congelado [kcal/kg ºC]congelado [kcal/kg ºC]

TTcongcong; Temperatura de congelación, en ºC ; Temperatura de congelación, en ºC o ºK.o ºK.

TTRR; Temperatura en Régimen, en ºC. O ºK; Temperatura en Régimen, en ºC. O ºK


La temperatura de congelación de los La temperatura de congelación de los distintos productos es variable distintos productos es variable pudiéndose tomar como orientativos pudiéndose tomar como orientativos los siguientes valores, o consultar los siguientes valores, o consultar bibliografía especializada.bibliografía especializada.

PRODUCTO TEMPERATURA DE CONGELACIÓN [ºC]

Carnes de ave -2,7

Carnes de ovino -2

Carnes de porcino -2

Carne de vacuno -2

Frutas frescas De -0,3 a -3

Huevos -2,2

Leche -0,6

Pescados -2,2

Ing. Carlos Fidel Cruz MamaniIng. Carlos Fidel Cruz MamaniFUENTE: Refrigeración Comercial, Villegas Gonzales , 2oo3

c) Calor de respiración de los c) Calor de respiración de los alimentosalimentos

En las frutas y las verduras, el género En las frutas y las verduras, el género continúa madurando en el interior de la continúa madurando en el interior de la cámara frigorífica, liberando un calor cámara frigorífica, liberando un calor por respiración, que puede por respiración, que puede determinarse por la siguiente expresión;determinarse por la siguiente expresión;

QQss= c= css m m

Siendo:Siendo:

ccss; calor de respiración, puede obtenerse ; calor de respiración, puede obtenerse en tablas, en Kcal/[Tn dia].en tablas, en Kcal/[Tn dia].

m: masa del producto en kg.m: masa del producto en kg.Ing. Carlos Fidel Cruz MamaniIng. Carlos Fidel Cruz Mamani

d) Calor del embalajed) Calor del embalajeEn las mercaderías embaladas, no debe En las mercaderías embaladas, no debe

despreciarse el calor generado por el despreciarse el calor generado por el emboltorio del producto.emboltorio del producto.

Qe=mQe=mee ∙c ∙cee ∙(Te - T ∙(Te - Tff))

Siendo:Siendo:

CCee; calor específico del material del ; calor específico del material del embalajeembalaje

mmee; masa del embalaje; masa del embalaje

TTee y T y Tff ; temperatura de entrada y final ; temperatura de entrada y final del género.del género.


5.2.3 Cálculo de las necesidades 5.2.3 Cálculo de las necesidades por la iluminaciónpor la iluminación

Estas dependen del nivel lumínico Estas dependen del nivel lumínico proyectado en el recinto frigorífico y proyectado en el recinto frigorífico y del tiempo de utilización.del tiempo de utilización.

QQ33= P= Pilumilum H H

Siendo;Siendo;

PPilumilum ; potencia de las luminarias, en [W] ; potencia de las luminarias, en [W]

H : nº de horas de funcionamiento diario.H : nº de horas de funcionamiento diario.

1 kW= 860 kcal/h= 3600 kJ/h1 kW= 860 kcal/h= 3600 kJ/hIng. Carlos Fidel Cruz MamaniIng. Carlos Fidel Cruz Mamani

5.2.4 Cálculo de las necesidades 5.2.4 Cálculo de las necesidades debidas al calor desprendidas por las debidas al calor desprendidas por las personaspersonas

Estas dependerán del número de personas Estas dependerán del número de personas que entren diariamente en la cámara,del que entren diariamente en la cámara,del trabajo que en ella realicen y del tiempo de trabajo que en ella realicen y del tiempo de permanencia de la misma.permanencia de la misma.

QQ44=n∙ c =n∙ c perspers ∙H ∙Hperspers

Siendo;Siendo;

n ; nº de personasn ; nº de personas

CCperspers ; calor emitido por cada persona ; calor emitido por cada persona

HHperspers ; Número de horas que cada persona ; Número de horas que cada persona permanece en el interior de la cámara/díapermanece en el interior de la cámara/día


5.2.5 Cálculo de las necesidades por 5.2.5 Cálculo de las necesidades por renovación de airerenovación de aire

El aire de las cámaras frigoríficas con temperatura El aire de las cámaras frigoríficas con temperatura de trabajo superior al punto de congelación, debe de trabajo superior al punto de congelación, debe renovarse por aire fresco que dependerá del renovarse por aire fresco que dependerá del producto almacenado. La expresión utilizada para producto almacenado. La expresión utilizada para su cálculo es:su cálculo es:

QQ55= V∙ (∆h) ∙ = V∙ (∆h) ∙ ρρmedmed ∙n ∙nSiendo; Siendo;

V ; volumen de la cámara o recinto frigorífico, en m3V ; volumen de la cámara o recinto frigorífico, en m3

(∆h); Diferencia de entalpía entre el aire exterior y el aire de la (∆h); Diferencia de entalpía entre el aire exterior y el aire de la cámara.cámara.

medmed: Densidad media del aire entre las condiciones y : Densidad media del aire entre las condiciones y exteriores, en kg/mexteriores, en kg/m33

n; número de renovaciones de aire por día.n; número de renovaciones de aire por día.Ing. Carlos Fidel Cruz MamaniIng. Carlos Fidel Cruz Mamani

5.2.6 Cálculo de las necesidades 5.2.6 Cálculo de las necesidades debidas al calor desprendidas por los debidas al calor desprendidas por los

ventiladoresventiladoresEste cálculo pretende obtener el equivalente Este cálculo pretende obtener el equivalente

calorífico del trabajo realizado por los motores calorífico del trabajo realizado por los motores instalados en el evaporador.instalados en el evaporador.

QQ66=V∙ c=V∙ cvv

Siendo ;Siendo ;

V ; volumen de la cámara o recinto frigorífico, mV ; volumen de la cámara o recinto frigorífico, m33

Cv, Calor desprendido por los ventiladores [Kcal/mCv, Calor desprendido por los ventiladores [Kcal/m33 día] día]

Una ves elegidos los equipos, podrá efectuarse Una ves elegidos los equipos, podrá efectuarse la comprobación sobre la estimación realizada la comprobación sobre la estimación realizada y recalcular de nuevo, si se desea el valor de y recalcular de nuevo, si se desea el valor de QQ66..


5.2.7 Carga total5.2.7 Carga totalLa carga Térmica total se obtienen La carga Térmica total se obtienen

sumando todas las cargas parciales sumando todas las cargas parciales enunciados.enunciados.

QQTOTALTOTAL=Q=Q11+ Q+ Q2 2 + Q+ Q3 3 + Q+ Q4 4 + Q+ Q5 5 + Q+ Q66

Esta carga total están referidas a un Esta carga total están referidas a un periodo de 24 horas, por lo que periodo de 24 horas, por lo que debemos fijar el numero de horas de debemos fijar el numero de horas de funcionamiento del compresor, en el funcionamiento del compresor, en el caso de instalaciones comerciales es caso de instalaciones comerciales es de 14 a16 hrs/dia.de 14 a16 hrs/dia.


La potencia frigorífica de la La potencia frigorífica de la máquina es;máquina es;

Tomando el criterio de margen de seguridad Tomando el criterio de margen de seguridad el 10 % de la carga obtenida.el 10 % de la carga obtenida.

QQFRIGFRIG=Q=QTOTAL TOTAL + 0,1 Q+ 0,1 QTOTALTOTAL

NNRR = Q = QFRIGFRIG 24/16 [W] 24/16 [W]

En el caso de instalaciones comerciales es En el caso de instalaciones comerciales es 14-16 horas/día. En máquinas industriales 14-16 horas/día. En máquinas industriales de 18-20 horas/diA.de 18-20 horas/diA.


5.3 5.3 CRITERIOS DE DISEÑÓ DE CRITERIOS DE DISEÑÓ DE SISTEMAS DE REFRIGERACIÓNSISTEMAS DE REFRIGERACIÓN

5.3.1 Cálculo y diseño de una 5.3.1 Cálculo y diseño de una instalación de refrigeración comercial;instalación de refrigeración comercial;

a)a)Datos de diseñoDatos de diseño- Carga de enfriamientoCarga de enfriamiento- Temperatura interior de la cámaraTemperatura interior de la cámara- Humedad relativa de la cámara Humedad relativa de la cámara

frigoríficafrigorífica- Elegir el refrigerante a utilizarElegir el refrigerante a utilizarIng. Carlos Fidel Cruz MamaniIng. Carlos Fidel Cruz Mamani


b)b) Calculo de la temperatura y presión Calculo de la temperatura y presión de evaporaciónde evaporación

Ejemplo:Ejemplo:

Te= - 10 ºCTe= - 10 ºC

ppee= 3,7 bar= 3,7 bar

c)c) Cálculo de la temperatura y presión Cálculo de la temperatura y presión de condensaciónde condensación

Tc=43 ºCTc=43 ºC

PPc c =16 bar=16 barIng. Carlos Fidel Cruz MamaniIng. Carlos Fidel Cruz Mamani


d)d) Cálculo de la relación de compresiónCálculo de la relación de compresión

r=Pc/Per=Pc/Pe

e)e) Ciclo frigoríficoCiclo frigorífico

Con pCon pcc y p y pee trazamos en el diagrama trazamos en el diagrama presión entalpía, las líneas de presión entalpía, las líneas de condensación y evaporación.condensación y evaporación.

f)f) Cálculo del flujo másicoCálculo del flujo másico

g)g) Cálculo de la potencia del motor Cálculo de la potencia del motor eléctricoeléctrico


h)h) Cálculo del coeficiente de Cálculo del coeficiente de funcionamiento.funcionamiento.

i)i) Cálculo del condensadorCálculo del condensador

j)j) Selección del evaporador.Selección del evaporador.

k)k) Selección de tuberíasSelección de tuberías

Para garantizar el correcto retorno de Para garantizar el correcto retorno de aceite por la línea de aspiración, se aceite por la línea de aspiración, se debe seleccionar adecuadamente el debe seleccionar adecuadamente el diámetro de tuberías.diámetro de tuberías.


l) Selección de accesorios a partir de l) Selección de accesorios a partir de catálogos de fabricante.catálogos de fabricante.

Se puede recurrir a catálogos de Se puede recurrir a catálogos de fabricantes de accesorios.fabricantes de accesorios.



V I V EV I V E

Los caminos de la vida son difíciles,Los caminos de la vida son difíciles,Como tu lo quieras hacer.Como tu lo quieras hacer.

Puedes volar sobre ellos disfrutando las Puedes volar sobre ellos disfrutando las cosas buenas y malas,cosas buenas y malas,

gozando cada gota de alegría, gozando cada gota de alegría, remediando las heridas de las tristezas.remediando las heridas de las tristezas.

La vida es bella con sus errores, alegrías y La vida es bella con sus errores, alegrías y obstáculos.obstáculos.

DisfrútalaDisfrútala

ing. carlos fidel cruz mamani refrigeraciÓn y aire acondicionado ing. carlos fidel cruz mamani...

Documents