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