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FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERA MECNICA

MEJORA DEL COEFICIENTE DE RENDIMIENTO DE CMARAS

DE RFFRIGERACION COOL PACK EN OPERACION MEDIANTE

LA APLICACIN DE AUDITORA ENERGTICA

TESIS PARA OSTENTAR EL TTULO PROFESIONAL DE

INGENIERO MECNICO

AUTOR:

Milthon Josu Rodrguez Zafra

ASESOR ESPECIALISTA

Ing. Martin Sifuentes Inostrosa

ASESOR METODOLOGICO

Mg. Javier Len Lezcano

LINEA DE INVESTIGACION

Energa

TRUJILLO PERU

2014

UNIVERSIDAD CESAR VALLEJO

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iii

FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERA MECNICA

MEJORA DEL COEFICIENTE DE RENDIMIENTO DE CMARAS

DE RFFRIGERACION COOL PACK EN OPERACION MEDIANTE

LA APLICACIN DE AUDITORA ENERGTICA

TESIS PARA OSTENTAR EL TTULO PROFESIONAL DE

INGENIERO MECNICO

AUTOR:

Milthon Josu Rodrguez Zafra

ASESOR ESPECIALISTA

Ing. Martin Sifuentes Inostrosa

ASESOR METODOLOGICO

Mg. Javier Len Lezcano

LINEA DE INVESTIGACION

Energa

TRUJILLO PERU

2014

UNIVERSIDAD CESAR VALLEJO

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JURADO EVALUADOR

--------------------------------------------------

Ing. Jorge Adrin Salas Ruiz

Presidente del Jurado

--------------------------------------------------

Mg. Javier Len Lezcano

Secretario del Jurado

--------------------------------------------------

Ing. Martin Sifuentes Inostrosa

Vocal del Jurado

v

DEDICATORIA

En primer lugar y antes que nada, dar gracias

a Dios, por estar a mi lado en este andar, por

fortalecer mi alma e iluminar mi mente y por haber

puesto en mi camino a aquellas personas que han sido

mi soporte y compaa durante todo el periodo de

estudio

Dedico este trabajo a mi familia y mis padres, a mis hermano (a) y

amigos por todo el amor y el apoyo que me brindaron en diferentes aspectos de

mi formacin, para ser un profesional realizado.

A la Universidad Cesar Vallejo y a las personas que buscan la verdad para

ser libres.

vi

AGRADECIMIENTO

Agradecer hoy y siempre a mi familia por el esfuerzo y

comprensin realizada por ellos en el apoyo durante el desarrollo

de mis estudios, de no ser as, no hubiese sido posible.

A mis padres y dems familiares ya que me brindan el

apoyo, la alegra y me dan la fortaleza necesaria para seguir

adelante.

A los amigos y dems personas que estuvieron all con

su apoyo incondicional cuando los necesite.

Mil Gracias

vii

DECLARACIN DE AUTENTICIDAD

Yo Milthon Josu Rodrguez Zafra con DNI N 40070688, afecto de cumplir con las

disposiciones vigentes consideradas en el Reglamento de Grados y Ttulos de la Universidad

Csar Vallejo, Facultad de Ingeniera, Escuela de Ingeniera Mecnica, declaro bajo juramento

que toda la documentacin que acompao es veraz y autntica.

As mismo, declaro tambin bajo juramento que todos los datos e informacin que se

presentan en la presente tesis son autnticos y veraces.

En tal sentido asumo la responsabilidad que corresponda ante cualquier falsedad,

ocultamiento u omisin tanto de los documentos como de informacin aportada por lo cual

me someto a lo dispuesto en las normas acadmicas de la Universidad Csar Vallejo.

Milthon Josu Rodrguez Zafra

Trujillo, 01 de diciembre del 2014

viii

PRESENTACIN

Seores miembros del Jurado, presento ustedes la Tesis titulada MEJORA DEL COEFICIENTE

DE RENDIMIENTO DE CMARAS FRIGORIFICAS COOL PACK EN OPERACION MEDIANTE LA

APLICACIN DE AUDITORA ENERGTICA, con la finalidad de Mejorar el coeficiente de

rendimiento en cmaras frigorficas tipo Cool Pack instaladas en la empresa Camposol,

mediante la aplicacin de una auditoria energtica, en cumplimiento del reglamento de

Grados y Ttulos de la Universidad Csar Vallejo para obtener el Ttulo Profesional de Ingeniero

Mecnico.

Esperando cumplir con los requisitos de aprobacin.

El Autor.

ix

INDICE

RESUMEN xv

ABSTRACT xvii

I. INTRODUCCIN 1

1.1 Problema 24

1.2 Objetivos 24

II. MARCO METODOLGICO 25

2.1 Hiptesis 25

2.2 Variables 25

2.3 Operacionalizacin de variables 25

2.4 Metodologa 25

2.5 Tipos de estudio 26

2.6 Diseo de Investigacin 26

2.7 Poblacin, muestra y muestreo 26

2.8 Tcnicas e instrumentos de recoleccin de datos 26

2.9 Mtodos de anlisis de datos 26

III. RESULTADOS 31

IV. DISCUSIN DE RESULTADOS 64

V. CONCLUSIONES 66

VI. RECOMENDACIONES 67

VII. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS 68

ANEXOS 69

x

INDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 Ciclo termodinmico de la refrigeracin 17

Figura 1.2 Planta de hielo en bloques 18

Figura 1.3 Esquema del sistema de compresin simple 18

Figura 1.4 Diagrama termodinmico del ciclo frigorfico 19

Figura 1.5 Esquema del Circuito de Compresin Simple 19

Figura 1.6 Ciclo frigorfico: maquina trmica 20

Figura 1.7 Diagrama del ciclo de una mquina frigorfica por compresin simple 21

Figura 2.1 Esquema experimental para evaluar el coeficiente de operacin de

una cmara frigorfica en operacin 27

Figura 2.2 Procedimiento para evaluar el coeficiente de operacin y

eficiencia de la instalacin 30

Figura 3.1 Excesiva formacin de escarcha en la puerta de acceso 32

Figura 3.2 Escarcha en los ventiladores de la cmara 33

Figura 3.3 Excesiva formacin de hielo en los evaporadores 33

Figura 3.4 Juntas de los paneles aislantes con aberturas entre ellas 34

Figura 3.5 Detalle general de la construccin de las paredes de una cmara 37

Figura 3.6 Detalle de la construccin de las paredes de la cmara 39

Figura 3.7 Detalle de la construccin del techo de la cmara 41

Figura 3.8 Detalle de la construccin del piso de la cmara 42

Figura 3.9 Cambios de aire segn el volumen de la cmara 45

Figura 3.10 Ciclo termodinmico de la cmara frigorfica 51

xi

INDICE DE TABLAS

Tabla 3. 1 Coeficiente pelicular en funcin de la ubicacin de las paredes de la cmara 36

Tabla 3.2 Humedad relativa del aire dentro de la cmara 44

Tabla 3.3 Demanda de refrigerante segn Cool Pack (cooling demand) 48

Tabla 3.4 Propiedades termodinmicas evaluadas para la operacin de la

cmara frigorfica 51

Tabla 3.5 Auditoria trmica en la cmara de enfriamiento 56

Tabla 3.6 Evaluacin de la eficiencia vs coeficiente de efecto frigorfico 57

Tabla 3.7 Costo de la mejora de la cmara de congelados de la empresa 61

Tabla 3.8 Evaluacin econmica de la mejora en la cmara frigorfica Cool Park 62

Tabla 3.9 Evaluacin econmica (VAN y TIR) 63

INDICE DE ANEXOS

Anexo A-1 Caractersticas de los evaporadores 69

Anexo B-1 Tabla A-1 Refrigerantes comerciales 71

Anexo B-2 Tabla A-2 Propiedades fsicas del refrigerante R- 404 A 71

Anexo B-3 Figura A-1 Grafica presin-temperatura del refrigerante R-404 A 72

Anexo B-4 Tabla A-3 Propiedades termodinmicas del refrigerante R-4 04 A 72

Anexo C-1 Protocolo de levantamiento de datos de campo. 73

xii

INDICE DE NOMECLATURAS

A rea o superficie de trasferencia de calor

Uo Factor de conductancia ptimo

U Factor de conductancia

Q Caudal, carga trmica total

ms Flujo msico

Tfs Temperatura requerida por la salmuera

Tis Temperatura inicial de la salmuera

TS Temperatura de la salmuera

d Dimetro

P Potencia

Cap. Capacidad de enfriamiento

Coeficiente de eficiencia o de efecto frigorfico

0 Frio producido o poder refrigerante

Trabajo mecnico empleado

COP Coeficiente de prestacin de servicios o de trabajo

C Consumo energtico

D Demanda energtica

Eficiencia.

U coeficiente total de transmisin de calor

X1, X2, X3 Espesor de los materiales que conforman la pared.

xiii

K1, K2, K3 Conductividad de los materiales que conforman la pared.

hi, he Coeficiente peliculares del aire interior y exterior respectivamente.

A rea exterior de la pared

F1 Factor de ganancia por paredes (BTU/da * pie2)

U Coeficiente global de transferencia de la pared en grados F

T Diferencia de temperatura a travs de la pared en grados F

. Coeficiente de conveccin de pared interior

Coeficiente de conductividad trmica

Vol. Volumen

fc Factor de cambio

ca Cambios de aire

Qpar Calor por paredes

Qcamair Calor por cambios de aire

Qperson Calor por personas

Qilum Calor por artefactos de iluminacin.

Tevap. Temperatura de evaporacin

Tcond. Temperatura de condensacin

Densidad del fluido

H Entalpia

S Entropa

T Temperatura

P Presin

xiv

Efecto refrigerante

Pcom. Potencia del compresor

Qc. Calor rechazado por el contenedor

Coeficiente de funcionamiento

Caudal volumtrico

xv

RESUMEN

En el presente estudio se evalu una cmara frigorfica de congelados de la planta Camposol S.A

cuyas dimensiones son: longitud 32 m; anchura 16,4m; altura: 12m. En la cmara se cuenta con

cuatro evaporadores marca Alfa Laval, de Type: TYR-2336-12 H1 400-G9; peso de operacin:

400Kg. Temperatura de operacin requerida es de -25C; y tiene como refrigerante el amoniaco

(R-717).

Durante su puesta en marcha se observ problemas de baja eficiencia del sistema debido a una

inadecuado diseo energtico y mal proceso constructivo, el cual se manifiesta en la formacin de

hielo en distintas partes de la cmara, lo que produce la excesiva formacin de hielo en las juntas

de unin de los paneles, sobre todo en el evaporador que es el punto ms fro.

Para la solucin al problema se plante realizar una auditoria energtica, mediante la cual se

busc la mejora del Coeficiente de trabajo (COP), para esto se analiz las condiciones tericas (de

diseo) y reales (en operacin), y se determin los factores externos e internos que influyen en la

efectividad y operatividad del sistema de enfriamiento de la cmara, se recolectaron datos de

campo haciendo mediciones de temperatura, espesores de pared y aislante.

De acuerdo a la evaluacin de los coeficientes de trabajo o coeficiente de rendimiento obtenido

en actuales condiciones de operacin se determin en 1,612; que comparado con el valor COPteorico

que es de 4,98 se deduce que es relativamente bajo as como su eficiencia coeficiente de efecto

frigorfico que es de 0,4022 (40,22%).

Se determin que las mejoras que deben realizarse son de tipo estructural eliminando las

prdidas excesivas a travs de las paredes mediante el arreglo de las juntas de unin de los

paneles aislantes y reemplazando algunos paneles de poliestireno expandido como aislante.

Las prdidas de calor a travs de las paredes constituyen un 55,80 % de las prdidas normales.

Al efectuar la mejora en la cmara se reduce en un 23% el consumo de energa a plena carga de

su capacidad y por lo tanto su eficiencia final ser de 63%.

El costo de la mejora incluye el reemplazo de algunos paneles aislantes, reparacin de estructuras

de evaporadores y restructuracin de la puerta de acceso: el sobre costo de perdida de energa

xvi

por un mal aislamiento es de S/. 60 354.60/ao y el costo de reparacin o mejora es de S/.42 200;

y se recuperara en un periodo de 1,43 aos. El Proyecto es tcnica y econmicamente resulta

rentable con un VAN de S/. 117,246.48 y un TIR de 51%

xvii

ABSTRACT

In the present study cold storage of frozen ground Camposol SA was assessed whose dimensions

are: length 32 m; width 16.4M; height: 12m. In the camera are four evaporators Alfa Laval, Type:

H1 2336-12 TYR-400-G9; operating weight: 400Kg. required operating temperature is -25 C; and

having ammonia as a refrigerant (R-717).

During start-up problems of low efficiency of the system was observed due to inadequate power

design and bad construction process, which is manifested in the formation of ice on various parts

of the chamber, causing excessive ice formation on the bonding together of the panels,

particularly in the evaporator which is the coldest point.

To solve the problem it was decided to perform an energy audit, whereby improving the

coefficient of Work (COP) was sought for this theoretical conditions (design) and actual (operating)

was analyzed, and the factors determined external and internal influencing the effectiveness and

operation of the cooling system of the camera, field data were collected by measurements of

temperature, wall thickness and insulation.

According to the evaluation of the coefficients of work or performance coefficient obtained in

actual operating conditions determined in 1,612; which compared to the value COPtheoretical

follows is 4.98 which is relatively low and its effect refrigerator efficiency coefficient which is

0.4022 (40.22%).

It was determined that improvements to be made are structural eliminating excessive losses

through the walls by the arrangement of the joints of insulation panels and replacing some panels

of expanded polystyrene insulation.

Heat losses through the walls provide 55.80% of the normal losses.

Upon the improvement in the chamber is reduced by 23% energy consumption at full load

capacity and therefore their final efficiency is 63%.

The cost of the improvement includes replacing some insulation panels, repair of structures

evaporators and restructuring of the gateway: the cost of energy loss by poor insulation is S /. 60

354.60 / year and the cost of repair or improvement is S / .42 200; and recovered over a period of

1.43 years. The project is technically and economically profitable with an NPV of S /. 117,246.48

and an IRR of 51%.