INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL - tesis.ipn.mx · 1.5 refrigeraciÓn domÉstica 6 1.6 refrigeraciÓn comercial 6 1.7 refrigeraciÓn industrial 6 1.8 aire acondicionado 6 1.9 refrigeraciÓn

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO

INGENIERÍA MECÁNICA

DISEÑO DE UNA CÁMARA FRIGORÍFICA PARA LA PRESERVACIÓN DE CARNE DE RES EN LA CIUDAD DE PUEBLA, PUEBLA.

TESIS COLECTIVA Y EXAMEN ORAL INDIVIDUAL

PARA OBTENER TÍTULO DE

INGENIERO MECÁNICO

PRESENTAN:

GARCÍA ANDRADE LAURA REBECA _____________

MEJÍA MERÉ JAIME ABRAHAM _____________

SILVA MACHADO JESÚS SALVADOR _____________

ASESORES DEL DESARROLLO PROSPECTIVO DE PROYECTO:

Ing. AGUSTÍN LOPEZ MALDONADO

M. en C. JOSÉ LUIS MORA RODRIGUEZ

MÉXICO, D.F. DICIEMBRE DEL 2008.

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO

“Los ingenieros somos perfectos porque utilizamos la ciencia exacta”

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JUSTIFICACIÓN

El siguiente proyecto fue pensado y realizado con el objetivo de obtener una mayor y mejor preservación de la carne de res bajo condiciones óptimas con el menor costo posible. Para ésto utilizamos los materiales más adiabáticos (aislantes) posibles, así como un buen cálculo matemático que nos harán ver a ciencia cierta los valores aproximados que se usan en el campo de la Refrigeración para la selección de equipos de nuestro sistema de refrigeración. Cabe destacar que no usamos métodos de cálculo rápido como los que se usan en la práctica industrial, sino que usamos el método clásico-teórico y con el cual corroboramos que llegaríamos a las mismas soluciones de una u otra manera. Aunque este no es un proyecto real; ya que no tenemos la experiencia laboral que quisiéramos; lo señalamos de manera teórica y con catálogos verídicos como si estuviéramos laborando en la industria, con la finalidad de llevar este esbozo lo más cercano posible a la realidad laboral.




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ÍNDICE CAPÍTULO 1 G E N E R A L I D A D E S 1 1.1 BREVE HISTORIA DE LA REFRIGERACIÓN 2 1.2 CICLO DEL AIRE 4 1.3 EVAPORACIÓN DEL AGUA EN VACÍO 4 1.4 TIPOS DE REFRIGERACIÓN 6 1.5 REFRIGERACIÓN DOMÉSTICA 6 1.6 REFRIGERACIÓN COMERCIAL 6 1.7 REFRIGERACIÓN INDUSTRIAL 6 1.8 AIRE ACONDICIONADO 6 1.9 REFRIGERACIÓN MARINA 7 1.10 SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN 7 1.11 ENFRIAMIENTO 7 1.12 REFRIGERACIÓN 7 1.13 CONGELACIÓN 7 1.14 CRIOGENIA 8 1.15 SISTEMA DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPORES 9 1.16 CICLO BÁSICO DE REFRIGERACIÓN 9 1.17 FUNCIONAMIENTO DEL CICLO BÁSICO DE REFRIGERACIÓN 10 1.18 DIAGRAMA PRESIÓN-ENTALPÍA (DIAGRAMA DE MOLLIER) 11 1.19 SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DIRECTO 14 1.20 SISTEMA DE REFRIGERACIÓN INDIRECTO 15 1.21 CONCEPTOS FUNDAMENTALES 16 1.22 TERMODINÁMICA 16 1.23 LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA 16 1.24 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA 16 1.25 SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA 17 1.26 ENERGÍA 17 1.27 FUERZA 19 1.28 PRESIÓN 20 1.29 PRESIÓN ATMOSFÉRICA 21 1.30 PRESIÓN ABSOLUTA 21 1.31 PRESIÓN MANOMÉTRICA 21 1.32 ESTADO DE LA MATERIA 22 1.33 PROCESO TERMODINÁMICO 24 1.34 CICLO TERMODINÁMICO 25 1.35 CALOR 26 1.36 CALOR ESPECÍFICO 26 1.37 CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE CALOR 27 1.38 TRANSFERENCIA DE CALOR 28 1.39 CONDUCCIÓN 28 1.40 CONVECCIÓN 28 1.41 RADIACIÓN 29




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1.42 CALOR SNSIBLE 30 1.43 CALOR LATENTE O CALOR DE CAMBIO DE ESTADO 30 1.44 CALOR TOTAL 30 1.45 CALOR LATENTE DE FUSIÓN 31 1.46 CALOR LATENTE DE EVAPORACIÓN 31 1.47 CALOR DE VAPORIZACIÓN 31 1.48 ENTALPÍA 32 1.49 ENTROPÍA 33 1.50 VOLUMEN 34 1.51 VOLUMEN ESPECÍFICO 34 1.52 TEMPERATURA 35 1.53 PUNTO DE EBULLICIÓN 36 1.54 REFRIGERANTE 37 1.55 SOBRECALENTAMIENTO 37 1.56 SUBENFRIAMIENTO 37 1.57 TONELADA DE REFRIGERACIÓN 38 CAPÍTULO 2 B A L A N C E T É R M I C O 39 2.1 ANÁLISIS DEL PROBLEMA 40 2.2 CONDICIONES DE DISEÑO 42 2.3 DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS DEL PRODUCTO 43 2.4 CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO Y CONSERVACIÓN 45 2.5 VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO 46 2.6 DIMENSIONAMIENTO DEL ESPACIO POR REFRIGERAR 46 2.7 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN 50 2.8 CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA 50 2.9 CÁLCULO ENERGÉTICO DEL PROYECTO 62 CAPÍTULO 3 S E L E C C I Ó N D E E Q U I P O 74 3.1 REFRIGERANTES 75 3.2 CLASIFICACIÓN SEGÚN ASHRAE 75 3.3 PROPIEDADES DE ALGUNOS REFRIGERANTES Y

CARACTERÍSTICAS DE UN CICLO DE EVAPORACIÓN A -15ºC (5ºF) Y CONDENSACIÓN A 30ºC (86ºF)

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3.4 EFECTOS DE LOS DIFERENTES EN LA DESTRUCCIÓN DE LA CAPA DE OZONO Y EL CALENTAMIENTO GLOBAL

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3.5 TABLA “A” POTENCIAL DE DESTRUCCIÓN DE OZONO (ODP) Y EL CALENTAMIENTO GLOBAL (GWP) DE ALGUNOS REFRIGERANTES CON REFERENCIA A CFC-11

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3.6 PROPIEDADES SEGURAS 79 3.7 APLICACIONES DE LOS REFRIGERANTES 80 3.8 COMPARACIÓN DE LOS REFRIGERANTES 81 3.9 INFLAMABILIDAD Y TOXICIDAD 82




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3.10 SELECCIÓN DE REFRIGERANTE 82 3.11 DAÑO A LOS PRODUCTOS REFRIGERADOS 84 3.12 REACCIÓN CON LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN 85 3.13 VIDA ÚTIL DE LOS TUBOS PARA UNA CIERTA CAPACIDAD DE REFRIGERACIÓN 85

3.14 APLICACIONES ACTUALES Y VENTAJAS PARA EL AMONIACO 86 3.15 USOS Y PORQUÉ DEL AMONIACO 86 3.16 COSTO DE REFRIGERANTE 87 3.17 CONDICIONES DE TRABAJO (SELECCIÓN DE EQUIPO) 88 3.18 CARACTERÍSTICAS DEL R-22 88 CAPÍTULO 4 P R O G R A M A D E M A N T E N I M I E N T O 100 4.1 PROGRAMA DE MANTENIMIENTO 101 4.2 EVAPORADORES 101 4.3 UNIDADES MOTOCOMPRESORAS (COMPRESORES) 102 4.4 CONDENSADORES 104 CONCLUSIONES 105 BIBLIOGRAFÍA 106 ANEXOS 107




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CAPITULO 1 GENERALIDADES




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1.1 BREVE HISTORIA DE LA REFRIGERACIÓN. En la antigüedad la variedad de productos conservables era limitada, para ampliar el surtido disponible se aplicaron procesos como el salado, ahumado y el secado; ya entonces se conoce también la mejor conservación de los alimentos a temperaturas bajas: cuevas frías, o al aire libre según el clima.

Hay noticias del almacenamiento de nieve o hielo naturales en "neveros" para poder ser utilizado fuera de temporada desde 1100 a.C.

En España el empleo de nieve como refrigerante fue introducido por los romanos. EL filosofo hispano-romano Seneca, en el siglo I, menciona el poder aislante de la paja para conservarlo.

Los árabes, en el siglo X, eran aficionados a las bebidas frías y los sorbetes que obtenían en Granada.

A partir del siglo XVII es cuando comienza a practicarse todo un comercio de la nieve en Madrid y otras ciudades de España.

En 1670 en Roma y Paris, la adición de sales a la nieve permite obtener a escala comercial helados y bebidas granizadas

En el siglo XVIII en España se instituye un impuesto especial llamado "renta de la nieve".

En 1760, von Braun, en Petersburgo (Rusia) logra congelar mercurio a -40ºC por mezcla de hielo con cloruro de calcio.

A comienzos del siglo XIX se habían obtenido ya y se utilizaban, temperaturas inferiores a la de congelación, aunque basadas en disponer de hielo. El hielo se aplica a partir de 1800 para el enfriamiento de pescado, carne, frutas y verduras.

En 1899 en Estados Unidos se llegan a recoger 25 millones de toneladas de hielo en los ríos del norte y Alaska y se transporta por río a las ciudades del sur, llegando a exportarse a Inglaterra 200.000 toneladas anuales.

A finales del siglo XIX New York consumía un millón de toneladas de hielo natural.

En Europa también en el siglo XIX, Noruega se convierte en el principal exportador de hielo.

Hacia 1920 desaparece el hielo natural, substituido por el frío artificial.




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En 1824 el francés Sadi Carnot, definió el ciclo o serie de transformaciones de un fluido, en el que se basa el proceso frigorífico. En 1847 el inglés James Joule define la equivalencia de calor con el trabajo mecánico.

En 1865 el alemán Rudolf Clausius introduce los conceptos que sirven de base a los principios de la termodinámica.

En 1878 se define la entalpía.

En 1904 el francés Richard Mollier, representa las transformaciones de los gases en sus "diagramas".

En 1860 comienza de forma industrial la producción de frío; las primeras instalaciones son fábricas de hielo.

Los sistemas de obtención del frío fundamentales son:

Compresión de gases licuables. La producción de frío por la compresión de gases licuables consiste en la evaporación, compresión y condensación sucesivas de un gas en circuito cerrado, aprovechando el calor absorbido en la evaporación como efecto frigorífico a costa de la energía mecánica consumida en la compresión. Amoniaco a partir de 1877 en Alemania por Car von Linde.- Hacia 1950 es substituido por los refrigerantes halogenados, sin embargo, hoy comienza a extenderse de nuevo su uso. Anhídrido carbónico a partir de 1887.- Se abandona en a partir de 1940. Anhídrido sulfuroso y cloruro de metilo.- Suplantados a partir de 1940. Refrigerantes halogenados.- Denominados inicialmente freones a partir de 1930. Máquina de absorción. Se desarrolla a partir de 1860; proceso similar al anterior, pero la diferencia de condiciones entre evaporación y condensación se consigue por la aportación de energía calorífica en vez de mecánica para la compresión.




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1.1.3 CICLO DE AIRE. El ciclo de aire se puso a punto en 1877 por la firma británica Bell-Coleman y por la inocuidad del gas fue aplicado inmediatamente a buques. El ciclo de aire consiste en la compresión de aire, y una expansión posterior a través de una turbina con producción de energía, con lo que se obtiene aire frío; no ocurre licuación ni cambio de estado. 1.1.4 LA EVAPORACIÓN DE AGUA EN VACÍO. Su realización fue tardía, a partir de 1910. Sistema llamado de Stem-jet requiere de un generador de vapor de agua, que aplicado a un eyector produce vacío en una cámara en la que se pulveriza agua, que se enfría por su evaporación a baja presión. Ciclo convencional en el que el refrigerante es el agua y el compresor se substituye por un eyector de vapor.

El trabajo de una planta de refrigeración es enfriar artículos o productos y mantenerlos a una temperatura más baja que la temperatura ambiente. La refrigeración se puede definir como un proceso que saca y transporta el calor.

Los más viejos y mejores refrigerantes conocidos son el hielo, el agua y el aire. Al principio, el único propósito de la refrigeración fue conservar alimentos. Los chinos fueron los primeros en descubrir que el hielo aumentaba la vida y mejoraba el gusto de las bebidas y durante los siglos los esquimales han conservado alimentos congelándolos.

FIG.1.1 EL HIELO SE USA COMO REFRIGERANTE PARA CONSERVAR ALGUNOS ALIMENTOS

A principios de este siglo fueron conocidos los términos tales como bacterias, fermentación, enmohecimiento, encimas. También se descubrió que el aumento de microorganismos es dependiente de la temperatura y que este crecimiento disminuye cuando la temperatura desciende y que el crecimiento empieza a ser muy bajo a temperaturas por debajo de +l0ºC.

Como consecuencia de este conocimiento fue entonces posible el use de la refrigeración para conservar productos alimenticios y el hielo se empezó a usar para este propósito.




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La electricidad empezó a jugar su papel al principio de este siglo y las plantas mecánicas de refrigeración empezaron a ser comunes en muchos campos; por ejemplo, cervecerías, mataderos, pescaderías y fabricación de hielo.

Después de la segunda Guerra Mundial el desarrollo de los pequeños compresores herméticos adquirió una seria reputación y los refrigeradores y congeladores empezaron a utilizarse en los hogares.

Hoy día estas aplicaciones son estimadas como necesidades normales de un hogar.

Ahora hay numerosas aplicaciones para plantas de refrigeración; como ejemplos tenemos:

• Conservación de productos alimenticios • Procesos de refrigeración • Plantas de aire acondicionado • Plantas secadoras • Instalación de enfriamiento de agua • Contenedores refrigerados • Bombas de calor • Fábricas de hielo • Liofilización

De hecho es difícil imaginar la vida sin refrigeración y congelación, este impacto en nuestra existencia es mucho más grande que lo que la gente se imagina.

FIG. 1.2 EJEMPLOS DE REFRIGERACIÓN




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1.2 TIPOS DE REFRIGERACIÓN. En la actualidad se conocen 5 tipos de aplicación de la refrigeración y estas son:

1. Doméstica 2. Comercial 3. Industrial 4. Aire acondicionado 5. Marina

1.2.1 REFRIGERACIÓN DOMÉSTICA. Este campo es el que nosotros conocemos como los refrigeradores y congeladores caseros. Estas unidades son de pequeño tamaño y de capacidades de potencia también pequeñas. 1.2.2 REFRIGERACIÓN COMERCIAL. Este tipo de refrigeración se refiere a los equipos que se usan en establecimientos comerciales, restaurantes, hoteles e instituciones que los usan para el almacenamiento, exhibición, procesamiento y distribución de artículos de comercio perecederos de muchos tipos. 1.2.3 REFRIGERACIÓN INDUSTRIAL. En este tipo de refrigeración se caracteriza por que son más grandes en tamaño que las de aplicación comercial, además de que en estos equipos industriales es necesario que haya una persona para su servicio, y que por lo general es un ingeniero mecánico. Algunos ejemplos de este tipo de refrigeración son:

• Plantas de hielo • Empacadoras de alimentos • Cervecerías • Lecherías • Refinerías de petróleo • Plantas químicas

1.2.4 AIRE ACONDICIONADO. Esta es la técnica para controlar los factores que afectan las condiciones físicas y químicas de la atmósfera que hay dentro de un espacio destinado al uso por personas para su comodidad o para realizar procesos industriales.




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1.2.5 REFRIGERACIÓN MARINA. Esta se refiere a la que se realiza en embarcaciones de transporte y carga, así como refrigeración de almacenes en la embarcación. 1.3 SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN. La finalidad de la refrigeración moderna es muy variable, ya que va desde preservar un producto hasta llegar a un proceso. Estos procesos se clasifican en:

• Enfriamiento • Refrigeración • Congelación • Proceso criogénico o criogenia

1.3.1 ENFRIAMIENTO. Todos los sistemas que se conocen de enfriamiento operan en un rango de temperaturas que van desde 15º C a 2º C (min. 0º C). En este proceso no se presenta un cambio de estado en la sustancia que se maneja ya que solamente se elimina el calor sensible de este. La aplicación es muy amplia y muy conocida ya que es la que usamos para enfriar bebidas, lácteos y también es usado en sistemas de acondicionamiento de aire. 1.3.2 REFRIGERACIÓN. Los rangos de temperatura de este proceso van desde los 0º C hasta los -18º C aproximadamente. En este proceso si hay un cambio físico ya que ahora hay un abatimiento del calor latente de la sustancia o producto. Este proceso es utilizado para la conservación de productos desde 2 semanas hasta 1 mes aproximadamente, por ende es utilizado ampliamente en instalaciones domésticas y comerciales. 1.3.3 CONGELAMIENTO. Este proceso opera en un rango de temperatura de los -18º C hasta los -40º C. En este proceso también hay un cambio de estado en la sustancia por la eliminación del calor latente. La principal utilidad es el área comercial e industrial. El periodo de conservación va desde 1 mes hasta un año, todo esto dependiendo del producto y el procedimiento que se emplee.




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1.3.4 CRIOGENIA. Este es un proceso que va desde los -40º C hasta valores cercanos al cero absoluto. Esto implica un cambio de estado físico en la sustancia en caso de estar en estado líquido. Es muy aplicado en el área industrial y de investigación. Esto es porque trata de la preservación de los productos alimenticios en condiciones críticas.

FIG. 1.3 REPRESENTACIÓN DE LOS PROCESOS DE REFRIGERACIÓN

En donde en la figura podemos apreciar el retiro de calor ya sea de manera sensible (qs) o de manera latente (qL) a la libra masa del producto, dada una temperatura inicial (TI) hasta una temperatura requerida o de diseño (Td).




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1.4 SISTEMA DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPORES. 1.4.1 CICLO BÁSICO DE LA REFRIGERACIÓN. Por el estudio de las propiedades termodinámicas de las sustancias se facilitó el desarrollo de la refrigeración, pues se descubrió que en algunas de éstas, su punto de ebullición a presión normal es inferior a 0°C (32°F). Aprovechando esta propiedad se obtiene el primer sistema de refrigeración por compresión de gas refrigerante. El sistema de refrigeración consiste básicamente en cuatro equipos indispensables para obtener un ciclo cerrado.

1. Compresor. 2. Condensador. 3. Válvula de expansión. 4. Evaporador.

FIG.1.4 SISTEMA BÁSICO DE COMPRESIÓN DE VAPORES (DIAGRAMA DE FLUJO).




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Funcionamiento del ciclo básico de la refrigeración. El refrigerante es el medio de transporte para extraer la energía en forma de calor desde el evaporador y en el condensador donde será desechado hacia el medio de condensación. Un cambio de estado de líquido a vapor y viceversa permite al refrigerante absorber y descargar grandes cantidades de calor en forma repetitiva, respectivamente. Existen dos presiones en el sistema mecánico de refrigeración que son la presión de evaporación (baja presión del sistema) y la presión de condensación (alta presión del sistema). El ciclo básico opera como a continuación se explica y se puede apreciar en la fig. 1.4 (figura anterior).

El refrigerante líquido es alimentado a la válvula de expansión a alta presión, en el cual lleva a cabo un proceso Isotérmico (antes pasa por un recibidor de líquido y un filtro deshidratador los cuales no son equipos básicos). Esta válvula separa los lados de alta y baja presión.

La válvula termostática de expansión mediante un proceso Isotérmico provoca una caída de presión (reducción de presión) por medio de un pequeño orificio, esto provoca a su vez que el refrigerante, que antes se encontraba en estado líquido reduzca su temperatura (Correspondiente a la nueva presión) y pase a un estado de vapor no saturado (mezcla vapor-líquido). El refrigerante en estas condiciones entra al evaporador donde debido a su nueva temperatura que es baja, va absorbiendo calor y llega a su estado de vapor saturado, el cual desarrollo un proceso Isobárico. El calor fluye a través de las tuberías del evaporador hacía el refrigerante, esta absorción del calor por el refrigerante continúa hasta que al salir del evaporador, tiene una característica de vapor con cierto grado de sobrecalentamiento. (Ver fig. 1.5) Una vez que se ha absorbido calor en el evaporador, el vapor refrigerante viaja a través de la línea de succión hacia la entrada del compresor. El compresor mediante un proceso Isoentrópico toma el vapor a baja presión y fo comprime aumentando tanto su presión como su temperatura hasta superar la del medio de condensación, esto con el fin de que haya transferencia de calor de él vapor comprimido hacia el medio de condensación. El vapor caliente y a alta presión es bombeado fuera del compresor a través de la válvula de descarga hacia el condensador. (Ver fig. 1.5)

El condensador es un intercambiador de calor en el cual se enfría el vapor que viene del compresor (Proceso Isobarico). Conforme la temperatura del vapor refrigerante alcanza la temperatura de saturación correspondiente a la alta presión del condensador, el vapor se condensa (se vuelve líquido) y fluye al recibidor, de donde se alimentará a la válvula de expansión para comenzar nuevamente el ciclo. (Ver fig. 1.5)




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FIG.1.5 CICLO BÁSICO TERMODINÁMICO DE REFRIGERACIÓN (DIAGRAMA DE MOLLIER).

1.4.2 DIAGRAMA PRESIÓN-ENTALPÍA (DIAGRAMA DE MOLLIER). Estos diagramas sirven como herramienta valiosa para analizar y comprender el funcionamiento de un sistema de refrigeración. El diagrama de Mollier (fig.1.6) se debe utilizar para graficar los ciclos de refrigeración, además nos sirve para detectar problemas prácticos en la operación de un sistema. El diagrama representa al refrigerante. Es una representación gráfica de los datos contenidos en las tablas termodinámicas. El diagrama muestra los tres estados físicos diferentes: líquido, liquido-vapor y vapor; así como se muestra en la figura. Las líneas de frontera convergen al aumentar la presión y linealmente se juntan en un punto crítico, el cual representa la condición límite para la existencia de refrigerante líquido. A temperaturas mayores que la crítica el refrigerante puede existir solamente en forma solamente en forma gaseosa.




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FIG.1.6 DIAGRAMA PRESIÓN-ENTALPÍA (DIAGRAMA DE MOLLIER).

En la figura siguiente (1.7) se representa el diagrama Presión-Entalpía, en el cual aparecen 5 propiedades básicas del refrigerante las cuales son: Las 5 propiedades básicas del refrigerante son: 1.- PRESIÓN (P): Las líneas de presión constante corren en forma horizontal a través del diagrama. La escala de presión no esta graduada en intervalos constantes sino que sigue una escala logarítmica, lo cual permite un amplio rango de cobertura en un diagrama de tamaño razonable. 2.- ENTALPÍA (H): Las líneas de entalpía constante son verticales. En un proceso de flujo constante, tal como sucede en un ciclo refrigerante, la entalpía representa el contenido de energía calorífica por cada libra de refrigerante. 3.- TEMPERATURA (T): Por lo general las líneas de temperatura constante corren en dirección vertical en las zonas de vapor sobrecalentado y de líquido sub-enfriado. En la zona de mezcla siguen una dirección horizontal entre las líneas de saturación. El diagrama, normalmente simplificado incluye líneas de temperatura solamente en la zona de Sobrecalentamiento. En la zona mixta se muestran los puntos de intersección con las líneas de saturación.




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4.- VOLUMEN ESPECÍFICO (ט): Las líneas de volumen específico se extienden desde la Línea de vapor saturado hacia la zona de vapor sobrecalentado y forman un pequeño ángulo con la horizontal. 5.- ENTROPÍA (S): Las líneas de entropía constante se extienden también desde la línea de Vapor saturado hacia la zona de vapor sobrecalentado y forman un cierto ángulo con las líneas de vapor saturado. Estas líneas aparecen solamente en la zona de sobrecalentamiento por que es donde ordinariamente se requieren los datos de entropía, la cual esta relacionada con la disponibilidad de energía. El ciclo completo de refrigeración representa la historia de una libra de refrigerante fluyendo una vez a través del sistema. Conociendo simplemente las temperaturas de condensación y de evaporación podemos representar en el diagrama de Mollier el ciclo de refrigeración completo. En el propio diagrama se puede leer los valores para cada una de las propiedades del refrigerante en forma directa. Los cambios de esos valores o magnitudes pueden seguirse a través de cada proceso.

FIG.1.7 DIAGRAMA PRESIÓN-ENTALPÍA (DIAGRAMA DE MOLLIER).




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1.4.3 SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DIRECTA. Es aquel sistema en donde la refrigeración útil se realiza directamente en el evaporador.

FIG.1.8 SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DIRECTA.

SERPENTINES DE ENFRIAMIENTO DE EXPANSIÓN DIRECTA.

FIG.1.9 EVAPORADORES UTILIZADOS EN SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN DIRECTA.




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1.4.4 SISTEMA DE REFRIGERACIÓN INDIRECTA. Es aquel en el cual el evaporador va colocado dentro de un tanque perfectamente aislado térmicamente, el cual a su vez contiene una solución salina llamada salmuera que es la que circula por el espacio o cuerpo a enfriar. En estos sistemas indirectos debe considerarse que la temperatura de la salmuera o refrigerante secundario que circula por un serpentín secundario de enfriamiento o a la salida del mismo espacio o producto a enfriar debe ser de 5º a 6º F como mínimo debajo de la temperatura del producto o espacio a enfriar. La elevación de la temperatura de la salmuera es de la entrada hasta la salida del serpentín, se calcula generalmente de 10 ºF pudiéndose considerar en grandes plantas hasta de 15 a 20 ºF.

FIG. 1.10 SISTEMA DE RERIGERACION INDIRECTA.




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1.5 CONCEPTOS FUNDAMENTALES.

1.5.1 TERMODINÁMICA.

Rama de la física que se encarga de estudiar todo lo relativo a las transformaciones de la energía, en sus formas de calor y trabajo, así como de las relaciones entre las diferentes propiedades físicas de las sustancias en las cuales se llevan a cabo dichas transformaciones (principalmente de aquellas propiedades que están relacionadas funcionalmente con la temperatura)

La termodinámica se puede estudiar desde dos enfoques:

MACROSCOPICO (termodinámica clásica).- Cuando se estudian sistemas de conglomerado general, sin meterse en cuestiones internas de la materia

MICROSCOPICO: (Termodinámica estadística).- Basada en la teoría cinética de los gases. Se ocupa de las moléculas como cuerpos libres aplicándole aspectos de la mecánica estadística (análisis y estudio del movimiento de millones de partículas).

1.5.2 LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA.

Si dos sistemas distintos están en equilibrio termodinámico con un tercero, también tienen que estar en equilibrio entre sí.

Si uno de estos sistemas se pone en contacto con un entorno infinito situado a una determinada temperatura, el sistema acabará alcanzando el equilibrio termodinámico con su entorno, es decir, llegará a tener la misma temperatura que éste. (El llamado entorno infinito es una abstracción matemática denominada depósito térmico; en realidad basta con que el entorno sea grande en relación con el sistema estudiado).

1.5.3 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA.

Esta basada en el “Principio de la conservación energía”, establece que:

“La energía es una entidad permanente en el universo físico, no se puede crear, ni destruir, pero se puede transformar de unas formas a otras, en cantidades equivalentes”.




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Características:

� No establece más que las propiedades de la energía. � Resume las principales propiedades de permanencia y transformación de la

energía. � Es un principio rector: rige todos los fenómenos de todo el universo (siempre). � Es una ley inmutable e inviolable, por lo tanto es totalmente confiable. � No ce conoce fenómeno alguno que la viole.

1.5.4 SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA.

Después de un amplio estudio de investigación se puede resumir a las definiciones más tradicionales que mencionaremos a continuación:

1. “Es posible construir una maquina que trabaje en un ciclo completo y no produzca otro efecto que el de retirar energía como calor de un solo dispositivo y transferirlo en so totalidad como trabajo a sus alrededores”. (es decir: Ninguna maquina puede convertir en trabajo todo el calor en ella introducido).

2. “La energía calorífica fluye espontáneamente desde un objeto más caliente a uno más frío, pero en sentido inverso”.

3. “Si un sistema experimenta cambios espontáneos, este cambiará en tal forma que su entropía se incrementará”.

1.5.5 ENERGÍA.

Existen varias definiciones - todas correctas - sobre la energía. Cada una de ellas se refiere a lo mismo pero con un enfoque diferente. Así, un estudiante de ingeniería nos dirá que "la energía es la fuerza que nos permite realizar una actividad", mientras que un libro de física para alumnos de secundaria expresa que "la energía es la capacidad para cambiar un objeto o su entorno". Otro texto de física para el nivel de licenciatura dice que "la energía es la capacidad de desarrollar un trabajo", en tanto que los diccionarios señalan que "la energía es la capacidad para obrar o producir un efecto".

En lenguaje cotidiano, decimos que los niños tienen mucha energía cuando no paran de saltar, correr y jugar, y nos preocupamos cuando muestran otro comportamiento que no es el "normal" en ellos. De igual forma, descansamos, dormimos y comemos "para reponer energías", y sabemos que para llevar algo a buen término necesitamos actuar "con energía". Los objetos, como las personas, tienen energía, por ejemplo, una piedra que cae desde una azotea tiene suficiente energía en su caída para dañar el techo de un automóvil o para herir gravemente a una persona.

Pero en la práctica, más que la definición de la energía como un concepto, lo que nos interesa es saber qué beneficios nos proporciona. Algunos ejemplos: calor para cocinar los alimentos o para calentar el agua con que nos bañamos;




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iluminación, refrigeración y aire acondicionado para nuestros hogares; transporte y entretenimiento, entre otros.

Así como hay varias definiciones de energía, también son diversas sus manifestaciones: calor, movimiento, radiactividad y electricidad. La energía es una de las partes fundamentales del universo, el cual está básicamente compuesto por materia y energía, aunque también es cierto que todo lo que constituye el universo existe y se mueve en el espacio y en el tiempo. Tradicionalmente se dice que hay dos grandes tipos de energía:

• Energía potencial (de la gravedad o almacenada, como resultado de su altura o posición) y

• Energía cinética (en movimiento).

La energía potencial es "estática", no implica movimiento, y se encuentra, por ejemplo, en los carritos de una montaña rusa cuando éstos alcanzan la parte más alta de la misma y luego descienden por gravedad. Esta forma de energía es la misma que contiene el agua de una presa, una liga estirada o la cuerda de un reloj (en los dos últimos casos se denomina "energía potencial elástica").

La energía cinética es la que tienen los objetos y masas en movimiento, y se manifiesta, por ejemplo, en los vientos, las olas del mar y las corrientes de agua (arroyos y ríos).

¿La materia y la energía son lo mismo? Existe aún una gran controversia sobre el tema. La clásica fórmula de Einstein (E=mc2) apunta a que la materia se puede convertir en energía. Su teoría de la relatividad, que lamentablemente fue llevada por otros científicos al desarrollo de la bomba atómica, así parece demostrarlo. Sin embargo, se afirma que lo único que se logra en ese caso es liberar la energía contenida en los enlaces del átomo y no propiamente que la materia se convierta en energía.

Además, es importante tomar en cuenta un principio básico: “la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma”. Por ejemplo, el calor, que es una de las formas de la energía, se puede convertir en movimiento, éste en electricidad y, a su vez, ésta en calor o movimiento. (Aquí conviene señalar que al transformarse la energía en calor, éste no puede convertirse nuevamente al 100% en la energía original; hay, pues, una "pérdida" de energía que se mantiene como calor, y a esto se le denomina la Segunda Ley de la Termodinámica o bien "Ley de la Entropía", según la cual llegará el momento en que toda la energía del universo se convertirá en calor no reversible).

• Calor (energía térmica)

El calor o energía térmica es la forma de energía que interviene en los fenómenos caloríficos. Se puede decir que casi toda la energía de nuestro planeta tiene su fuente original en el calor del Sol, que calienta el suelo, el aire de la atmósfera y el agua de los ríos, lagos y océanos; ésta, al evaporarse, provoca la formación de nubes y al




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condensarse en la atmósfera se convierte en lluvia. El intercambio de masas frías y calientes de aire genera constantes movimientos y cambios atmosféricos, y esto mismo sucede con las corrientes marinas y las olas del mar.

Nosotros utilizamos el calor para muchos fines: lo usamos al planchar la ropa en casa, para calentar nuestros hogares y los alimentos, pero también para generar vapor y, con éste, electricidad en las plantas termoeléctricas, en grandes calderas para los procesos industriales o, incluso, altos hornos en la industria siderúrgica para la fundición de los metales.

1.5.6 FUERZA.

Se denomina fuerza a cualquier acción o influencia capaz de modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo, es decir, de imprimirle una aceleración modificando su velocidad.

Su modelo matemático:

Donde:

F- fuerza a calcular.

m- masa del cuerpo con el se va trabajar.

a- aceleración ya sea del cuerpo o la de gravedad dependiendo como se este utilizando.

• El concepto de fuerza fue descrito por primera vez por Arquímedes • Galileo Galilei realizó experimentos con esferas rodando por un plano inclinado

para falsar la teoría del movimiento de Aristóteles (1602 - 1607). • Isaac Newton se considera el primero que formuló matemáticamente el moderno

concepto de fuerza, aunque también usó el término latino vis 'fuerza' para otros conceptos diferentes además de la fuerza. Además Isaac Newton postuló que las fuerzas gravitatorias variaban según la ley de la inversa del cuadrado.

• Charles Coulomb se considera que fue el primero que comprobó que la interacción entre cargas eléctricas puntuales variaba también según la ley de la inversa del cuadrado (1784).

• Henry Cavendish fue el primero que logró medir experimental en 1798 la fuerza de la gravedad entre dos masas pequeñas, usando una balanza de torsión, gracias a lo cual pudo encontrarse el valor de la constante de la gravitación universal y por tanto pudo haber calculado la masa de la Tierra.

• Con el desarrollo de la electrodinámica cuántica a mediados del siglo XX se constató que "fuerza" era una magnitud puramente macroscópica, surgida de la




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conservación del momento para partículas elementales. Por esa razón las llamadas "fuerzas fundamentales" suelen denominarse "Interacciones fundamentales".

Aristóteles y otros creyeron que el "estado natural" de los objetos materiales de la esfera terrestre era el reposo y que los cuerpos tendían por sí mismos hacia ese estado si no se actuaba sobre ellos de ningún modo. De acuerdo con Aristóteles la perseverancia del movimiento requería siempre una causa eficiente (algo que parece concordar con la experiencia cotidiana, donde las fuerzas de fricción nos pasan desapercibidas). De hecho la primera ley de Newton, que contradice la tesis de Aristóteles y según la cual un objeto sobre el que no actúa ninguna fuerza permanece en movimiento inalterado, no resulta obvia para la mayoría de personas que la oyen por primera vez.

1.5.7 PRESIÓN.

La presión se define como la relación entre la fuerza ejercida y el tamaño del área. Esto se mide en diferentes unidades dependiendo del propósito de la medida. De estas unidades el Kg. /cm2 es en el sistema métrico la más común. Esta unidad es a menudo abreviada en "at" que define una atmósfera técnica.

Su modelo matemático:

Donde:

P- presión a calcular.

F- es la fuerza ejercida.

A- el tamaño del área con la cual se va a trabajar.

Normalmente la presión de aire es de 1,033 Kg. /cm2 y se le llama atmósfera física, el término abreviado es "atm". Diferentes denominaciones de presión se obtendrán dependiendo del punto cero que se escoja.

Si se usa el cero absoluto entonces la denominación será "ata" de donde la "a" indica absoluta. Esta unidad es la que más frecuentemente se utiliza en refrigeración, sin embargo a menudo puede verse "ato" en los manómetros. "Ato" es válido para sobre presiones referidas a la atmósfera física. Entonces el punto cero corresponde a 1 atm. y 1,033 ata.

Otra unidad de medida de presión que frecuentemente podemos encontrar es la de mm. columna de mercurio. La presión de aire corresponde a 760 mm. Hg. a lo que corresponde también 1 atmósfera y 1,033 ata.




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Finalmente en relación con las bombas de circulación de agua se encuentra la denominación "metro columna de agua". La abreviación es m.c.a. y 10 m.c.a. corresponden a 1 ata, 10,33 m. c. a. a 1 atm.

La unidad de presión en el sistema (S.I.) es el Newton/m2, también llamado Pascal (Pa). De aquí que ésta unidad representa un valor muy pequeño referido a presión, por ejemplo, en refrigeración, la unidad 1 bar. = 105 Pa se usa en vez del Pascal. Afortunadamente, 1 atm = 0,9807 bar. ≈ 1 bar., esto hace que en la práctica es a menudo posible utilizar las mismas unidades de presión tanto en el sistema (S.I.) ó en el sistema métrico.

1.5.8 PRESIÓN ATMOSFÉRICA.

La presión atmosférica es la presión del aire sobre la superficie terrestre. Además es un factor abiótico. La atmósfera tiene una presión media de 1013 milibares (o hectopascales) al nivel del mar. La medida de presión atmosférica del Sistema Internacional de Unidades (S.I.) es el newton por metro cuadrado (N/m2) o Pascal (Pa). La presión atmosférica a nivel del mar en unidades internacionales es 101325 N/m2 o Pa.

Una manera de medir la presión atmosférica es con un barómetro de mercurio, su valor se expresa en términos de la altura de la columna de mercurio de sección transversal unitaria y 760 mm de alto. Con base en esto decimos que una atmósfera (atm) estándar es igual a 760 mm Hg. (milímetros de mercurio). Utilizaremos por conveniencia la unidad Torricelli (torr.) como medida de presión; 1 torr. = 1 mm Hg, por lo que 1 atm = 760 torr. ; por lo tanto 1 torr. = 1/760 de una atmósfera estándar, o sea 1 torr. =1.136 x 10-3 atm (1 x 10-3 es igual a 0.001 o igual a un milésimo).

1.5.9 PRESIÓN ABSOLUTA.

Es la presión de un fluido medido con referencia al vacío perfecto o cero absoluto. La presión absoluta es cero únicamente cuando no existe choque entre las moléculas lo que indica que la proporción de moléculas en estado gaseoso o la velocidad molecular es muy pequeña. Este termino se creo debido a que la presión atmosférica varia con la altitud y muchas veces los diseños se hacen en otros países a diferentes altitudes sobre el nivel del mar por lo que un termino absoluto unifica criterios.

1.5.10 PRESIÓN MANOMÉTRICA.

Son normalmente las presiones superiores a la atmosférica, que se mide por medio de un elemento que se define la diferencia entre la presión que es desconocida y la presión atmosférica que existe, si el valor absoluto de la presión es constante y la presión atmosférica aumenta, la presión manométrica disminuye; esta diferencia generalmente es pequeña mientras que en las mediciones de presiones superiores, dicha diferencia es




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insignificante, es evidente que el valor absoluto de la presión puede abstenerse adicionando el valor real de la presión atmosférica a la lectura del manómetro.

La presión puede obtenerse adicionando el valor real de la presión atmosférica a la lectura del manómetro.

Presión Absoluta = Presión Manométrica + Presión Atmosférica.

Para ejemplificar cada tipo de presión observemos la siguiente imagen:

FIG 1.11 REPRESENTACION GRAFICA DE LAS PRESIONES.




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1.5.11 ESTADO DE LA MATERIA.

En física y química se observa que, para cualquier cuerpo o agregado material considerado, modificando las condiciones de temperatura, presión o volumen se pueden obtener distintos estados de agregación, denominados estados de agregación de la materia, con características peculiares:

o SÓLIDO.

Manteniendo constante la presión, a baja temperatura los cuerpos se presentan en forma sólida tal que los átomos se encuentran entrelazados formando generalmente estructuras cristalinas, lo que confiere al cuerpo la capacidad de soportar fuerzas sin deformación aparente. Son, por tanto, agregados generalmente rígidos, duros y resistentes. El estado sólido presenta las siguientes características:

• Fuerza de cohesión (atracción). • Vibración. • Tiene forma propia. • Los sólidos no se pueden comprimir. • Resistentes a fragmentarse. • Volumen definido. • Puede ser orgánico o inorgánico.

o LÍQUIDO.

Incrementando la temperatura el sólido se va "descomponiendo" hasta desaparecer la estructura cristalina alcanzándose el estado líquido, cuya característica principal es la capacidad de fluir y adaptarse a la forma del recipiente que lo contiene. En este caso, aún existe una cierta ligazón entre los átomos del cuerpo, aunque de mucha menor intensidad que en el caso de los sólidos. El estado líquido presenta las siguientes características:

• Fuerza de cohesión menor (regular) • Movimiento-energía cinética. • Sin forma definida. • Toma el volumen del envase que lo contiene. • En frío se comprime. • Posee fluidez. • Puede presentar fenómeno de difusión.

o GASEOSO.




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Por último, incrementando aún más la temperatura se alcanza el estado gaseoso. Los átomos o moléculas del gas se encuentran virtualmente libres de modo que son capaces de ocupar todo el espacio del recipiente que lo contiene, aunque con mayor propiedad debería decirse que se distribuye o reparte por todo el espacio disponible.

El estado gaseoso presenta las siguientes características:

• Fuerza de cohesión casi nula. • Sin forma definida. • Sin volumen definido. • Se puede comprimir fácilmente. • Ejerce presión sobre las paredes del recipiente que los contiene. • Los gases se mueven con libertad.

Aquí podemos observar el llamado punto triple donde se hace el cambio de estado:

FIG. 1.12 IMAGEN DEL PUNTO TRIPLE DEL AGUA.




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1.5.12 PROCESO TERMODINÁMICO.

Es la evolución de un sistema termodinámico desde un estado de equilibrio inicial B1, hasta un estado de equilibrio final B2.

Cuando a un sistema se le varían sus variables termodinámicas: presión, temperatura, volumen, etc., se dice que se lo somete a un proceso termodinámico. Los distintos procesos termodinámicos pueden estudiarse mediante trayectorias en un diagrama Presión-Volumen (P-V). Estas trayectorias son características de cada tipo de proceso, los cuales mencionamos a continuación:

• Isotérmico • Isocórico • Isobárico • Adiabático • Politrópico

1.5.13 CICLO TERMODINÁMICO.

Se denomina ciclo termodinámico al proceso que tiene lugar en dispositivos destinados a la obtención de trabajo a partir de dos fuentes de calor a distinta temperatura o, de manera inversa, a producir el paso de calor de la fuente de menor temperatura a la fuente de mayor temperatura mediante la aportación de trabajo.

Un ciclo termodinámico inverso busca lo contrario al ciclo termodinámico de obtención de trabajo. Se aporta trabajo externo al ciclo para conseguir que la transferencia de calor se produzca de la fuente más fría a la más caliente, al revés de como tendería a suceder naturalmente. Esta disposición se emplea en las máquinas de aire acondicionado y en refrigeración.

FIG. 1.13 REPRESENTACIÓN DE LAS AREAS DE TRABAJO (W) Y DEL CALOR (Q) DE UN CICLO TERMODINÁMICO.




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1.5.14 CALOR.

Como ya se había mencionado en el concepto de energía el calor es energía térmica.

En física, el calor es una forma de energía asociada al movimiento de los átomos, moléculas y otras partículas que forman la materia. El calor puede ser generado por reacciones químicas (como en la combustión), nucleares (como en la fusión nuclear de los átomos de hidrógeno que tienen lugar en el interior del Sol), disipación electromagnética (como en los hornos de microondas) o por disipación mecánica (fricción). Su concepto está ligado al Principio Cero de la Termodinámica, según el cual dos cuerpos en contacto intercambian energía hasta que su temperatura se equilibre.

El calor puede ser transferido entre objetos por diferentes mecanismos, entre los que cabe reseñar la radiación, la conducción y la convección, aunque en la mayoría de los procesos reales todos los mecanismos anteriores se encuentran presentes en mayor o menor grado.

El calor en sí no es una forma de energía puesto que no es una función de estado. El calor que puede intercambiar un cuerpo con su entorno depende del tipo de transformación que se efectúe sobre ese cuerpo y por tanto depende del camino. Los cuerpos no tienen calor, sino energía interna. El calor es la transferencia de parte de dicha energía interna (energía térmica) de un sistema a otro, con la condición de que estén a diferente temperatura.

1.5.15 CALOR ESPECÍFICO.

Cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia en un grado. En el Sistema Internacional de unidades, el calor específico se expresa en J/Kg. ºK.; en ocasiones también se expresa en calorías por gramo y grado centígrado. El calor específico del agua es una caloría por gramo y grado centígrado, es decir, hay que suministrar una caloría a un gramo de agua para elevar su temperatura en un grado centígrado. De acuerdo con la ley formulada por los químicos franceses Pierre Louis Dulong y Alexis Thérèse Petit, para la mayoría de los elementos sólidos, el producto de su calor específico por su masa atómica es una cantidad aproximadamente constante. Si se expande un gas mientras se le suministra calor, hacen falta más calorías para aumentar su temperatura en un grado, porque parte de la energía suministrada se consume en el trabajo de expansión. Por eso, el calor específico a presión constante es mayor que el calor específico a volumen constante.




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1.5.16 CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE CALOR.

Cuando un sistema de masa grande se pone en contacto con un sistema de masa pequeña que está a diferente temperatura, la temperatura de equilibrio resultante está próxima a la del sistema grande.

Decimos que una cantidad de calor DQ se transfiere desde el sistema de mayor temperatura al sistema de menor temperatura.

• La cantidad de calor transferida es proporcional al cambio de temperatura DT. • La constante de proporcionalidad C se denomina capacidad calorífica del sistema.

DQ=C·DT

Si los cuerpos A y B son los dos componentes de un sistema aislado, el cuerpo que está a mayor temperatura transfiere calor al cuerpo que está a menos temperatura hasta que ambas se igualan (ley cero de la termodinámica).

Si TA>TB

• El cuerpo A cede calor: DQA=CA·(T-TA), entonces DQA<0 • El cuerpo B recibe calor: DQB=CB·(T-TB), entonces DQB>0

Como DQA+DQB = 0

La temperatura de equilibrio, se obtiene mediante la media ponderada

La capacidad calorífica de la unidad de masa se denomina calor específico c. C=mc

La fórmula para la transferencia de calor entre los cuerpos se expresa en términos de la masa m, del calor específico c y del cambio de temperatura.

Q=m·Cp· (Tf -Ti)

Donde: Q = Calor

Cp = Calor específico m = Masa

Ti = Es la temperatura inicial Tf = Es la temperatura final




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El calor específico es la cantidad de calor que hay que suministrar a un gramo de una sustancia para que eleve en un grado centígrado su temperatura.

Joule demostró la equivalencia entre calor y trabajo 1cal=4.186 J. Por razones históricas la unidad de calor no es la misma que la de trabajo, el calor se suele expresar en calorías.

El calor específico del agua es c=1 cal/ (g ºC). Hay que suministrar una caloría para que un gramo de agua eleve su temperatura en un grado centígrado.

1.5.17 TRANSFERENCIA DE CALOR. En física, proceso por el que se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura. El calor se transfiere mediante convección, radiación o conducción. Aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos. Por ejemplo, el calor se transmite a través de la pared de una casa fundamentalmente por conducción, el agua de una cacerola situada sobre un quemador de gas se calienta en gran medida por convección, y la Tierra recibe calor del Sol casi exclusivamente por radiación.

1.5.18 CONDUCCCIÓN.

Es la forma de transmitir el calor en cuerpos sólidos; se calienta un cuerpo, las moléculas que reciben directamente el calor aumentan su vibración y chocan con las que las rodean; estas a su vez hacen lo mismo con sus vecinas hasta que todas las moléculas del cuerpo se agitan, por esta razón, si el extremo de una varilla metálica se calienta una flama, transcurre cierto tiempo para el calor llegue a otro extremo. El calor no se transmite con la misma facilidad por todos los cuerpos. Existen los denominados "buenos conductores del calor", que son aquellos materiales que permiten el paso del calor a través de ellos. Los "malos conductores o aislantes" son los que oponen mucha resistencia al paso del calor, aprovechando esta propiedad muchas vasijas para calentar líquidos, que se hacen aluminio. Fig.1.14 (a)

1.5.19 CONVECCIÓN.

Es una de las tres formas de transferencia de calor y se caracteriza porque ésta se produce a través del desplazamiento de materia entre regiones con diferentes temperaturas. La transferencia de calor implica el transporte de calor en un volumen y la mezcla de elementos macroscópicos de porciones calientes y frías de un gas o un líquido. Se incluye también el intercambio de energía entre una superficie sólida y un fluido. En la transferencia de calor por convección forzada se provoca el flujo de un fluido sobre una




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superficie sólida por medio de una fuerza externa como lo es una Bomba, un ventilador u otro dispositivo mecánico. Fig.1.14 (b)

1.5.20 RADIACIÓN.

Es un modo de propagación de la energía (en nuestro estudio especialmente la calorífica) a través del vacío, de forma análoga a la luz. En sentido estricto refiere a la energía transportada por ondas electromagnéticas, llamada radiación electromagnética. No obstante, se utiliza también para referirse al movimiento de partículas a gran velocidad en el medio, con apreciable transporte de energía, que recibe el nombre de radiación corpuscular. Fig. 1.14 (c)

FIG. 1.14 REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LOS PROCESOS DE TRANSMISIÓN DE CALOR




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1.5.21 CALOR SENSIBLE.

Es aquel que aplicado a una sustancia hace subir su temperatura, pero sin producir un cambio de estado.

qs = m Cp ∆T [BTU]

Donde:

qS – calor sensible aplicado a una sustancia

m – cantidad de producto expresado en unidades de peso.

Cp – es el calor específico a presión constante.

∆T – es el incremento de temperatura en un proceso

1.5.22 CALOR LATENTE O CALOR DE CAMBIO DE ESTADO.

Es la energía absorbida por las sustancias al cambiar de estado, de sólido a líquido (calor latente de fusión) o de líquido a gaseoso (calor latente de vaporización). Al cambiar de gaseoso a líquido y de líquido a sólido se devuelve la misma cantidad de energía.

qL= m HL [BTU]

Donde:

qL – calor latente suministrado a una sustancia para que cambie de estado.

m – cantidad de producto expresado en unidades de peso.

HL – calor latente de solidificación o de congelación.

1.5.23 CALOR TOTAL.

Es la suma de los calores sensible y latente. Este determina el total de calor introducido o retirado a una sustancia.

QT = qs + qL [BTU]

Donde: QT – calor total (suma de calores sensibles y latentes). qs – calor sensible suministrado a una sustancia. qL – calor latente suministrado a una sustancia.




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1.5.24 CALOR LATENTE DE FUSIÓN. El cambio de fase de sólido a líquido se llama fusión y la temperatura a la cual este cambio ocurre se le llama punto de fusión. La cantidad de calor necesario para fundir una unidad de masa de una sustancia a la temperatura de fusión se llama calor latente de fusión. 1.5. 25 CALOR LATENTE DE EVAPORACIÓN. Si colocamos un líquido dentro de un recipiente abierto y comenzamos a suministrarle calor, la temperatura del líquido comenzará a elevarse de manera continua. Esta elevación de temperatura se mantendrá, hasta que el líquido entre el ebullición, a partir de ese momento, la temperatura permanecerá constante mientras exista líquido en el recipiente, y toda la energía suministrada de ahí en adelante, se utilizará para cambiar el estado de líquido a gas. Durante ese proceso de temperatura invariable, en el recipiente coexistirán las dos fases. Esa cantidad de energía absorbida durante el proceso de evaporación de un líquido en ebullición se conoce como calor latente de evaporación. Podemos entonces definir: “el calor latente de evaporación como la cantidad de calor absorbido por una unidad de masa de un líquido para pasar del estado líquido al gaseoso”. 1.5.26 CALOR DE VAPORIZACIÓN. Cambio de una sustancia del estado sólido al vapor sin pasar por el estado líquido. Algunas de las moléculas de un sólido pueden vibrar muy rápidamente, vencer las fuerzas de cohesión y escapar como moléculas gaseosas al espacio libre: el sólido se sublima. Inversamente, al chocar estas moléculas gaseosas contra la superficie del sólido, pueden quedar retenidas, condensándose el vapor. El equilibrio que tiene lugar cuando la velocidad de sublimación y la de condensación son iguales se caracteriza por una presión de vapor que depende de la naturaleza del sólido y de la temperatura. Los olores característicos de muchas sustancias sólidas, como el yodo, el naftaleno, el yodoformo y los perfumes sólidos, son debidos a que estas sustancias tienen una presión de vapor apreciable a temperatura ambiente. El proceso de sublimación va acompañado necesariamente de una absorción de energía térmica. La cantidad de energía térmica que se necesita para sublimar a temperatura constante un kilogramo de sustancia en estado sólido se conoce como energía o calor latente de sublimación. El calor latente de sublimación de una sustancia es igual a la suma del calor latente de fusión más el calor latente de vaporización.




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1.5.27 ENTALPÍA. La entalpía (simbolizada generalmente como "H", también llamada contenido de calor, y medida en la unidad "Btu/lb",y KJ/kg en el sistema internacional), es una variable de estado, (que sólo depende de los estados inicial y final) que se define como la suma de la energía interna de un sistema termodinámico y el producto de su volumen multiplicado por la presión. La entalpía total de un sistema no puede ser medida directamente, al igual que la energía interna, en cambio, la variación de entalpía de un sistema sí puede ser medida experimentalmente. El cambio de la entalpía del sistema causado por un proceso llevado a cabo a presión constante, es igual al calor absorbido por el sistema durante dicho proceso. La entalpía se define mediante la siguiente ecuación:

Donde: U es la energía interna. P es la presión del sistema. V es el volumen del sistema.

La entalpía total de un sistema no puede ser medida directamente; la variación de entalpía de un sistema sí que puede ser medida en cambio. La variación de entalpía se define mediante la siguiente ecuación:

∆H es la variación de entalpía. Hfinal es la entalpía final del sistema. En una reacción química, Hfinal es la entalpía de los productos. Hinicial es la entalpía inicial del sistema. En una reacción química, Hinicial es la entalpía de los reactivos.

La mayor utilidad de la entalpía se obtiene para analizar reacciones que

incrementan el volumen del sistema cuando la presión se mantiene constante por contacto con el entorno, provocando que se realice un trabajo mecánico sobre el entorno y una pérdida de energía. E inversamente en reacciones que causan una reducción en el volumen debido a que el entorno realiza un trabajo sobre el sistema y se produce un incremento en la energía interna del sistema.




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1.5.28 ENTROPÍA. “Es una magnitud artificial creada por el hombre para explicar la unidireccionalidad de los fenómenos espontáneos que ocurren en la naturaleza”. Mide:

• El grado de desorden en que está la energía • La falta de capacidad que tiene la energía para fluir • El calor que ya no se puede convertir en trabajo • El avance de los fenómenos naturales a producir estados de mayor probabilidad

Como la entropía mide el grado de desorden, esta siempre aumenta espontáneamente, por lo tanto:

“LA ENTROPÍA NO SE CONSERVA, SE INCREMENTA” Matemáticamente: “La variación de entropía entre dos estados infinitamente próximos se define como la variación del calor respecto a la temperatura”.

Donde: ∆S – es la variación de entropía. ∆Q – es la variación de calor. T – es la temperatura a la cual se va a realizar el proceso. Y depende de las condiciones termodinámicas del sistema.




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1.5.29 VOLUMEN. El volumen es la cantidad de espacio que ocupa un cuerpo. En matemáticas el volumen es una medida que se define como los demás conceptos métricos a partir de una distancia o tensor métrico. En física, el volumen es una magnitud física extensiva asociada a la propiedad de los cuerpos físicos de ser extensos, que a su vez se debe al principio de exclusión de Pauli. La unidad de medida de volumen en el Sistema Métrico Decimal es el metro cúbico, aunque el SI, también acepta (temporalmente) el litro y el mililitro que se utilizan comúnmente en la vida práctica.

FIG. 1.15 REPRESENTACION DE UN VOLUMEN.

1.5.30 VOLUMEN ESPECÍFICO.

El volumen específico (v) es el volumen ocupado por unidad de masa de un material. Es la inversa de la densidad.

1V

mυ

ρ= =

Donde,

V = Es el volumen, m = Es la masa y ρ = Es la densidad del material.

Unidades

En el sistema internacional: 3

m

kg En el sistema ingles:

3ft

lb




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1.5.31 TEMPERATURA. Es la propiedad más importante de la termodinámica: “Estado térmico de un cuerpo considerado con referencia a su poder de comunicar calor a otros cuerpos”. “Medida de la energía interna almacenada en un cuerpo o sistema”.

o Escalas de Temperatura: Una de las primeras escalas de temperatura, todavía empleada en los países anglosajones, fue diseñada por el físico alemán Gabriel Daniel Fahrenheit. Según esta escala, a la presión atmosférica normal, el punto de solidificación del agua (y de fusión del hielo) es de 32 °F, y su punto de ebullición es de 212 °F. La escala centígrada o Celsius, ideada por el astrónomo sueco Anders Celsius y utilizada en casi todo el mundo, asigna un valor de 0 °C al punto de congelación del agua y de 100 °C a su punto de ebullición. En ciencia, la escala más empleada es la escala absoluta o Kelvin, inventada por el matemático y físico británico William Thomson , lord Kelvin. En esta escala, el cero absoluto, que está situado en -273,15 °C, corresponde a 0 K, y una diferencia de un kelvin equivale a una diferencia de un grado en la escala centígrada. Otra escala que emplea el cero absoluto como punto más bajo es la escala Rankine, en la que cada grado de temperatura equivale a un grado en la escala Fahrenheit. En la escala Rankine, el punto de congelación del agua equivale a 492 °R y su punto de ebullición a 672 °R.

FIG. 1.16 REPRESENTACION DE LAS ESCALAS DE TEMPERATURA MÁS USADAS.




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1.5.32 PUNTO DE EBULLICIÓN. El punto de ebullición de un compuesto químico es la temperatura que debe alcanzar este para pasar del estado líquido al estado gaseoso; para el proceso inverso se denomina punto de condensación. La temperatura de una sustancia o cuerpo es una medida de la energía cinética de las moléculas. A temperaturas inferiores al punto de ebullición, sólo una pequeña fracción de las moléculas en la superficie tiene energía suficiente para romper la tensión superficial y escapar. Al llegar al punto de ebullición la mayoría de las moléculas es capaz de escapar desde todas partes del cuerpo, no solo la superficie. Sin embargo, para la creación de burbujas en todo el volumen del líquido se necesitan imperfecciones o movimiento, precisamente por el fenómeno de la tensión superficial. La temperatura se mantiene constante durante todo el proceso de ebullición, y el aporte de más energía sólo produce que aumente el número de moléculas que escapan del líquido. Este hecho se aprovecha en la definición de la escala de temperatura en grados centígrados. Un líquido puede calentarse pasado su punto de ebullición. En ese caso se dice que es un líquido sobrecalentado. En un líquido súpercalentado, una pequeña perturbación provocará una ebullición explosiva. Esto puede ocurrir, por ejemplo, al calentar agua en un recipiente liso (por ejemplo Pyrex) en un microondas. Al echar azúcar en esta agua sobrecalentada, el contenido completo puede ebullir en la cara del usuario, causando quemaduras.

FIG. 1.17 REPRESENTACIÓN DEL AGUA EN DIFERENTES TEMPERATURAS.




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1.5.33 REFRIGERANTE. Fluido utilizado en la transmisión de calor que, en un sistema frigorífico, absorbe calor a bajas temperaturas y presión, cediéndolo a temperatura y presión mas elevadas. Este proceso tiene lugar, generalmente, con cambios de estado del fluido. Los refrigerantes se denominarán o expresarán por su fórmula o por su denominación química, o, si procede, por su denominación simbólica numérica según se establezca en las instrucciones complementarias que dicte el Ministerio de Industria y Energía. En ningún caso será suficiente el nombre comercial. 1.5.34 SOBRECALENTAMIENTO. Este fenómeno se presenta en al succión y generalmente se manifiesta como un incremento de la temperatura del refrigerante a partir de la curva de saturación de vapor, es decir estamos adicionando calor sensible en la zona de recalentamiento, el vapor máximo recomendado por los fabricantes de compresores es de 41°F. VENTAJAS: La ventaja principal más importante consiste en reducir el riesgo de enviar líquido a al succión del compresor, protegiendo la vida del mismo. DESVENTAJAS: La desventaja más importante se presenta cuando se excede el valor recomendado por el fabricante del compresor, ya que genera problemas por una excesiva temperatura de descarga, por lo tanto los requerimientos de condensación son mayores y si no se tienen disponibles se presentan altas temperaturas de evaporación. 1.5.35 SUBENFRIAMIENTO.

Este fenómeno se presenta después de la condensación y generalmente se manifiesta como un decremento en la temperatura de condensación a presión constante, es decir tenemos que quitar calor sensible a partir de la curva de líquido saturado. El valor recomendado es de 41°F., la forma más conocida para lograr este efecto es mediante un incremento del área de transferencia de calor. VENTAJAS: La ventaja más importante consiste en aumentar el efecto refrigerante, que trae una ventaja termodinámica en la producción de frío. DESVENTAJAS: La desventaja más representativa es el costo del área de transferencia de calor requerida para lograr este efecto.




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1.5.36 TONELADA DE REFRIGERACIÓN. Toneladas de refrigeración, es una unidad americana basada en el efecto frigorífico de la fusión del hielo. La tonelada de refrigeración puede definirse como la cantidad de calor absorbida por la fusión de una tonelada de hielo sólido puro en 24 horas. Puesto que el calor latente de fusión de una libra de hielo es de 144 BTU, el calor latente de una tonelada americana (2000 libras) de hielo será: Para obtener el calor por hora es necesario dividir entre las 24 horas: lo cual da una cantidad de 12.000 BTU/HORA, que recibe el nombre de "TONELADA DE REFRIGERACION". Para obtener el calor por minuto solo se tendrá que dividir entre 60:




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CAPÍTULO 2 BALANCE TÉRMICO




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2.1 ANÁLISIS DEL PROBLEMA. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO.

Tomaremos en cuenta el diseño y cálculo de una cámara frigorífica para

almacenamiento de carne de res en canal. Este proyecto se basa en cuatro capítulos, primeramente tomaremos en cuenta

algunos conceptos relacionado a la cámara frigorífica. CÁMARAS FRIGORÍFICAS. Definición.

Se entiende por cámara frigorífica, el local construido con material aislante térmico,

destinado a la conservación por medio del frío, de productos perecederos. Válido para todos los tipos de establecimientos

Las condiciones reglamentarias especificadas en este capítulo, son válidas para

todas las cámaras frigoríficas de cualquier tipo de establecimiento bajo contralor del Servicio Nacional de Sanidad Animal (SENASA). Capacidad.

La capacidad de las cámaras frigoríficas en cuanto a volumen se refiere, será

fijada por el Servicio Nacional de Sanidad Animal (SENASA), según el producto a almacenar, enfriar o congelar y de acuerdo a las condiciones de temperatura que se deba obtener para cada producto. Requisitos de construcción e higiénico-sanitarios.

Pisos. El piso estará construido con material impermeable antideslizante y no atacable

por los ácidos grasos. Los ángulos de encuentro con paredes y columnas serán redondeados y el piso se hallará al mismo nivel o superior de los pisos exteriores. Paredes de cámaras.

Las paredes de las cámaras frigoríficas en su cara interior estarán recubiertas con

materiales de fácil limpieza, lisos, impermeables, resistentes a la corrosión y de colores claros; todos los ángulos serán redondeados y las juntas de materiales impermeables. Todos los materiales deben contar con la aprobación del SENASA.




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Techo. El techo debe ser de construcción similar al de las paredes. El cielo raso deberá

ser de material impermeable e incombustible y de fácil limpieza. Material aislante.

Cualquier material aislante térmico que se utilice, deberá ser colocado en forma

tal, que permita el cumplimiento de lo especificado para paredes y techos y no tener contacto con el ambiente interno o externo de la cámara frigorífica. Puertas.

Las puertas serán de hoja llena, provistas de material aislante térmico. Se admite en su construcción la madera revestida en su totalidad por material metálico no corrosivo y no oxidable u otro elemento siempre que sea inodoro, poco higroscópico e impermeabilizado debidamente autorizado por el Servicio Nacional de Sanidad Animal (SENASA).

La altura de las puertas y su ancho en las cámaras y antecámaras estarán en

concordancia con los fines a que se destine el local. Las puertas deberán permitir su apertura también desde el interior de las cámaras.

Columnas.

Las columnas deberán reunir los mismos requisitos exigidos para las paredes.

Iluminación.

Todas las cámaras deberán estar provistas de iluminación artificial, con llave de

encendido dentro y fuera de las cámaras. Su capacidad lumínica será de cuarenta (40) a sesenta (60) unidades Lux, 1= Watt/pie2 Estanterías.

Cuando se utilicen estanterías, éstas deberán ser metálicas o de material impermeable de fácil lavado y responder a las especificaciones que en cada caso se determinan en este Reglamento. Ventilación.

La ventilación de las cámaras frigoríficas y la renovación del aire, será tal que evite la alteración de la mercadería almacenada.




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Rieles para reses vacunas de las condiciones de almacenamiento y comercialización.

Los rieles destinados a reses de la especie vacuna estarán a una distancia mínima

entre sí de ochenta (80) centímetros y se hallarán a no menos de sesenta (60) centímetros de las paredes, equipo de enfriamiento o cualquier otro elemento constructivo o funcional que haya dentro de las cámaras. Los rieles se colocarán a no menos de treinta (30) centímetros del techo.

En el primer capitulo se muestra básicamente una reseña histórica acerca de la refrigeración así como alguna aplicaciones industriales. Se exponen algunos conceptos termodinámicos empleados en esta aplicación.

Así como la ubicación donde será instalada la cámara frigorífica. Tanto la capacidad, tiempo de almacenamiento y la temperatura de conservación.

Segundo capitulo se mencionara las condiciones de diseño y la realización del

calculo de la carga térmica, así como las factores que intervienen en el calculo de la cámara frigorífica.

Tercer capitulo basándose con la carga térmica calculada en el capitulo dos y

apoyándose en catálogos de fabricantes se seleccionara el equipo, el cual se basara en las condiciones del diseño y en funcionalidad de acuerdo al diseño del fabricante.

Cuarto capitulo se establecerá un programa de mantenimiento para la adecuada operación del sistema. 2.2 CONDICIONES DE DISEÑO. CONDICIONES CLIMATOLÓGICAS DEL LUGAR.

� Lugar: Puebla, Puebla � Altitud: 2150 m snm � Humedad relativa: 30% � Temperatura de bulbo húmedo: 63° F � Temperatura de bulbo seco: 84° F � Temperatura máxima exterior: 87.8º F � Temperatura interior de diseño: 32° F � Velocidad exterior del aire: 18.64 mph � Velocidad interior del aire: 3mph � Calor especifico arriba del punto de congelación: 0.75 BTU/lb º F � Calor Específico abajo del punto de congelación: 0.40 BTU/lb º F � Calor latente de fusión: 54 BTU/lb º F




43

2.3 DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICA DEL PRODUCTO

FIG. 2.18 REPRESENTATIVA DEL CANAL

Todos los canales pesan aproximadamente 120 Kg.

El canal es el cuerpo de la res al cual se le ha retirado, durante su sacrificio, la piel,

las manos, las patas y las vísceras. Luego de realizados todos los procesos higiénicamente a la res, el canal se divide

en dos partes iguales, llamadas medios canales, cortando longitudinalmente, con una sierra, la columna vertebral desde la cadera hasta el cuello. Esta división tiene por objeto facilitar su manipulación.

Por ultimo el canal se corta en cuartos delanteros y traseros haciendo el corte

cerca de la 12a vértebra, conocido como corte tradicional y el corte a la 5a costilla, conocida como corte americano. El canal se comercializa: A) Fresca: El canal pasa por un proceso de oreo en un salón acondicionando para tal fin. Su vida es corta, aproximadamente 20 horas después del sacrificio, cuando el consumidor final la compra, debe consumirla en corto tiempo o conservarla refrigerada.




44

La distribución se realiza en vehículos técnicamente acondicionados para el efecto. B) En frío: La canal es sometida a un proceso de oreo y refrigeración, lo cual garantiza la calidad de la misma y evita su exposición a agentes externos contaminantes. Este proceso reviste especial importancia pues es a través de él, donde la carne adquiere mayor terneza y un excelente color. La distribución se hace en vehículos acondicionados y con sistema de refrigeración.

Por lo tanto el producto tendrá una temperatura de entrada de 10°C. De forma simplificada, las fases de sacrificio y preparación son:

• Apuntillado. • Elevación mediante polipasto y transferencia a la vía de sangrado. • Corte de cuernos y patas delanteras. • Corte de patas traseras e inicio del despellejado por las patas traseras y transferencia de la línea de sangrado a la línea de faenado. • Corte de cabeza y preparación de la misma. • Preparación para el despellejado automático. • Preparación de las patas delanteras para el despellejado automático. • Despellejado automático. • Corte ventral para evisceración. • Evisceración. • Corte en canal (manual o mecanizado). • Inspección y ducha.

El bastidor de la máquina está hecho de acero galvanizado. Después del faenado

visto en la figura, las canales son lavadas superficialmente y se envían a una sala de refrigeración, donde la temperatura se baja rápidamente durante las seis primeras horas para evitar el desarrollo bacteriano. En las siguientes diez-doce horas se continúa el descenso térmico hasta llegar a unos 4° C.

En la carne de vacuno, la maduración de la misma se consigue en 14-17 días a la

temperatura de 0 a -1,5° C es decir de 29.3 a 32 º F.




45

2.4 CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO Y CONSERVACIÓN.

� Temperatura de entrada 50º F � Temperatura de almacenamiento 32º F � Tiempo de almacenaje 14 días � Calor específico arriba del punto de congelación CeA = 0.75 BTU/lb º F � Calor específico abajo del punto de congelación CeB = 0.40 BTU/lb º F � Calor latente de fusión CL = 98 BTU/lb � Punto de congelación Tc = 29.3 º F � Capacidad de almacenaje 64800kg (142560 lb) � Flujo diario del producto 16200kg (35640 lb) � Tiempo de trabajo para abatir la carga térmica 24 hr � Humedad relativa en la cámara 90%

TEMPERATURA DE ENTRADA. (MENOR TEMPERATURA, MAYOR DURACIÓN DE LA CARNE).

Las temperaturas frías (en o debajo del punto de congelación) son beneficiosas

porque retardan el crecimiento bacteriano y aminoran la acción de las enzimas musculares de la carne. El almacenamiento a largo plazo se hace mediante la congelación, que podría representar una disminución paulatina en aceptabilidad de sabor y olor. Además, la rapidez y el método de congelación puede influir en la calidad de la carne. TEMPERATURA CORRECTA AL ALMACENAR LA CARNE DE RES.

La humedad relativa debe ser del 85 al 90%. Muchas veces, la humedad es

demasiado baja, lo cual puede causar un secado y una pérdida excesiva de los productos cárnicos. Duración de la carne congelada.

Típicamente, la carne fresca correctamente almacenada durará de 4 a 6 semanas

a partir de la fecha de su empacado. La carne fresca congelada a -18°C puede guardarse almacenada por 6 meses, y la carne fresca congelada a -23°C por un año, sin perder calidad notable. MANEJO DE TEMPERATURA DE CONSERVACIÓN.

Tomaremos una temperatura de congelación de 29.3 ° F, el tiempo para abatir la

carga térmica será de 24 hr.




46

CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO.

La capacidad de almacenamiento de este proyecto es de 64800 kg. (142859.4 lb)

y el flujo diario del producto es de 16200 kg. (35714.84 lb) TIEMPO DE ALMACENAMIENTO.

El tiempo de almacenamiento será de 2 semanas.

2.5 VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO. El volumen total de la cámara frigorífica de este estudio será de:

.

ESPV L A H= × × .

347.586 80.404 15.945 61007.240ESPV pies pies pies pies= × × = 2.6 DIMENSIONAMIENTO DEL ESPACIO POR REFRIGERAR.

Dadas las medidas obtenidas por el punto numero 1 del balance térmico:

Exteriores Interiores Largo 49.212 pies 47.596 pies Ancho 82.020 pies 80.404 pies Altura 16.404 pies 15.945 pies

FIG. 2.19 CROQUIS DEL ESPACIO POR REFRIGERAR




47




48




49




50

2.7 MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN. Los materiales con los que estará construida nuestra cámara frigorífica se mencionan en la siguiente tabla:

MATERIAL e (pulg.) k (BTU plug / pie2 ºF hr) Ladrillo común 5.5 5

Piso de concreto 4 0.17 Loza de concreto 5.5 5

Poliuretano 4.39 0.17 Poliestireno 7.32 0.24

Lámina Cold Roll 0.04 12

2.8 CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA. (TEORÍA) BALANCE TÉRMICO.

Para poder determinar la capacidad del equipo que se necesita se debe realizar un balance térmico que se refiere al desarrollo de los cálculos con el objetivo de conocer la cantidad de calor que se debe absorber o transferir en el evaporador, para que un producto, sustancia o espacio descienda su temperatura en ciertas condiciones. En general se puede decir que se tiene las siguientes cargas parciales:

• Carga térmica generada por el producto • Carga térmica generada por transmisión a través de paredes • Carga térmica generada por alumbrado y equipo • Carga térmica generada por infiltración • Carga térmica generada por ocupantes • Carga térmica generada por efecto solar

CARGA TÉRMICA GENERADA POR PRODUCTO.

Al producto es a quien se le debe retirar calor principalmente para que un determinado fluido o espacio se mantenga dentro de ciertas condiciones de temperatura y humedad.

Las frutas, vegetales o cualquier otro producto despiden determinadas cantidades de calor durante su vida, además de introducirlas a un espacio refrigerado, se toma en cuenta que estas se encuentran a una temperatura ambiente o un poco mas alta que esta, la cual da como resultado realizar el abatimiento de su temperatura, hasta llegar a un rango de temperatura para su conservación.




51

El producto puede ser, no solamente la sustancia que hay que conservar, si no también algunos otros materiales que complementan la función de contener y manejar el producto.

Para poder calcular la cantidad de calor es necesario conocer la temperatura a la que se requiere mantener el producto o espacio. Para poder determinar la carga por producto se considera lo siguiente:

• Tipo de proceso a realizar (enfriamiento, refrigeración, congelación o criogenia). • Tipo de calor a eliminar (calor sensible, calor latente o ambos).

CARGA TÉRMICA GENERADA POR TRANSMISIÓN A TRAVÉS DE PEREDES.

Este concepto se calcula por la expresión general:

TUAQ ∆⋅⋅= (BTU/hr) Donde: Q= calor total de transmisión a través de paredes A= área de exposición U=coeficiente global de transferencia de calor ∆T=diferencia de temperatura (exterior menos interior)

En el caso particular de la refrigeración, las paredes deberán llevar una capa de aislante térmico de 2 o pulgadas.

Todo elemento que separa a las masas de fluidos a diferentes temperaturas esta sujeto a un paso de calor que va desde el caliente hacia el frío, y si el cuerpo que los separa es de material homogéneo, la temperatura va descendiendo en el interior de dicho elemento según una recta.

FIG. 2.20 FIGURA DE LAS DIMENCIONES DE LAS PAREDES.




52

FIG. 2.19 FIGURA REPRESENTATIVA DE LA TRANSMISION DE CALOR POR UNA PARED.

La cantidad de calor fluye a través de una pared de espesor “e”, se calcula de la siguiente manera.

kTTe

Aq )( 21 −= (BTU/hr)

En donde: q = Cantidad de calor transmitido. (BTU/hr). A = Área de transmisión. (ft2). k = Coeficiente especifico de conductividad térmica. (BTU pulg/hr ft2 °F). e = Espesor de la pared. (pulg). T1 = Temperatura de entrada (°F). T2 = Temperatura de salida (°F).

T1

T2

q CONDUCCIÓN T1>T2




53

En el mismo caso del cálculo para el suelo, la temperatura exterior no será la misma, por lo tanto se deberá calcular de la siguiente forma:

int

2ext

subsuelo

T TT

+= [ º F ]

Donde: Tsubsuelo = Temperatura del suelo dentro del espacio. Text = Temperatura exterior de la cámara frigorífica. Tint = Temperatura interior de la cámara frigorífica. El coeficiente específico de conductividad térmica (k) es numéricamente igual a la cantidad de calor que se pasa por una placa de material considerado de 1 ft2 sección por1 pulg. de espesor cuando existe 1° F de diferencia entre sus 2 caras en 1 hr. Con este conocimiento se podrá calcular la cantidad de calor que se transmite o fluye a través de las paredes compuestas de un solo material. CONDUCTANCIA DE LA CAPA SUPERFICIAL DEL AIRE (PELÍCULA DE AIRE). Resulta bastante aproximado para la mayoría de los cálculos tomar el valor de 1.65 para f2 para paredes interiores casi sin movimiento de aire, y f1 = 6 para paredes exteriores expuestas a vientos hasta 24 Km. /hr (15 millas/hr) o en su defecto calcular dichos valores mediante las siguientes expresiones. f = 1.6 + 0.3v (para paredes lisas) f = 2.0 + 0.4v (para paredes medianamente rugosas) f = 2.1 + 0.5v (para paredes muy rugosas) En donde: V = Velocidad del aire en millas/hr. f = Factor de la película de aire.




54

COEFICIENTE DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA. La siguiente expresión permite el cálculo de la cantidad de calor que se transmite a través de una pared compuesta por dos o más materiales que se paran a dos fluidos que se encuentran a diferente temperatura.

1 2( ) ( / )Q A T T U BTU hr= −

31 2

1 1 2 3 2

11 1

Uee e

f k k k f

=

+ + + +

En donde: Q = Calor transferido. (BTU/hr ó Kcal. /hr) A = Área expuesta al flujo de calor. (ft2 ó m2) U = Coeficiente de conductividad térmica total. (BTU/hr °F ft2 ó Kcal/hr m2 °C) ∆T = Diferencia de temperaturas entre el lado exterior y el interior (°C o °F) CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA POR ALUMBRADO Y EQUIPO. En los sistemas de refrigeración existen equipos eléctricos de alumbrado que ceden energía al medio en el momento de operar. La cantidad de calor que esto cede se obtiene directamente de la potencia eléctrica con la potencia térmica, esto es 1 watt = 3.415 BTU/hr Todos los sistemas de iluminación, ya se a incandescentes o fluorescentes básicamente, transforman la energía eléctrica que reciben para su operación, en calor; el cual desprende en su totalidad y se disipa en el interior del espacio que se desea refrigerar, por lo tanto el siguiente modelo matemático nos permite calcular la ganancia de calor generado por alumbrado. Qalumbrado = (No. De lámparas) (watts de cada lámpara) (3.415) = (BTU/hr)




55

Donde: Qalumbrado = Calor desprendido por el alumbrado dentro del espacio No. De lámparas = Cantidad de lámparas dentro del espacio Watts de cada lámpara = La cantidad de watt con la que alumbra cada lámpara 3.415 = Factor de conversión de Watts a BTU/hr Como sabemos todas las maquinas son accionadas por motores eléctricos que emplean parte de su energía consumida en vencer rozamientos que a su vez se transforman en calor. El calor cedido al espacio por los mores y sus máquinas conducidas afectan a dicho medio en tres maneras:

1. Si el motor y la maquina se encuentran en el interior del espacio frío, el calor cedido será igual al de la siguiente expresión:

(746)(3.415) /N

Q BTU hrη

= =

Donde: Q = Calor desprendido por equipo-paquete N = La potencia del motor en HP η = Rendimiento mecánico del motor 746 = Factor de conversión de Hp a Watts 3.415 = Factor de conversión de Watts a BTU/hr

2. Si el motor esta fuera del espacio y la máquina en el interior del espacio, el calor desarrollado esta dado por:

(746)(3.415) /Q N BTU hr= =




56

Donde: Q = Calor desprendido por equipo-paquete N = Potencia del motor en HP 746 = Factor de conversión de Hp a Watts 3.415 = Factor de conversión de Watts a BTU/hr

3. Si el motor esta dentro del espacio y la maquina fuera, el calor emitido será:

( )(746)(3.415) /N

Q N BTU hrη

= − =&

Donde: N = Potencia del motor eléctrico (HP). η = Rendimiento del motor eléctrico (%). 746 = Factor de conversión de HP a Watts.

3.415 = Factor de conversión de watts a BTU/hr. Para:

( / )AyE A EQ Q Q BTU hr= +

Donde: QAyE = Calor total desprendido por alumbrad y equipo QA = Calor desprendido por alumbrado QE = Calor desprendido por equipo




57

CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA GENERADA POR INFILTRACIÓN. El concepto de infiltración representa una transmisión de calor originado por la entrada de aire exterior (a la temperatura del medio ambiente) al interior del espacio refrigerado. Esta carga térmica es ocasionada en el momento de la apertura de las puertas, ventanas u otro medio que influya en la comunicación con el exterior. El procedimiento de calculo para este punto se basa en considerar que el aire del espacio se cambiara un determinado numero de veces por hora, a esto se le llama “numero de intercambios de aire” (CA) y se maneja en un intervalo de una hora. El numero de cambios esta en función directa del volumen total del espacio refrigerado por lo tanto distinguiremos 2 grupos:

• Espacios con volúmenes altos (más de 200 ft3). • Espacios con volúmenes bajos (menos de 200 ft3)

Cuando se trata de volúmenes bajos, la cantidad de calor por este concepto se determina de la siguiente manera: MÉTODO POR APERTURA DE PUERTAS (PARA REFRIGERACIÓN).

• Para congeladores ó diseños mas bajos a esta condición se consideran 2.1 CA. • Para refrigeradores o instalaciones equivalentes con temperaturas iguales ó

superiores de refrigeración, se consideran 4.2 CA MÉTODO POR INFILTRACIÓN (PARA AIRE ACONDICIONADO).

• Si tiene un lado expuesto al medio ambiente se considera 1 CA • Si tiene dos lados expuestos al medio ambiente 1.5 CA • Si tiene tres lados expuestos al medio ambiente 2.0 CA • Si tiene cuatro lados expuestos al medio ambiente 2.5 CA

Si se tienen instalaciones de uso pesado se deben multiplicar por el valor de los cambios de aire por 2. Para el caso de almacenamiento con uso prolongado el calor de cambio de aire se multiplica por 0.6. El calor a eliminar en el aire se obtendrá (para el caso del método de apertura de puertas) a partir de la carta psicometrica, de aquí se toman valores de entalpía total del aire exterior correspondiente al valor de su volumen especifico y del mismo modo para el aire interior, la ecuación que define la cantidad de calor del aire en función de la magnitud será:




58

_ ( / )INFILTRADO

AIRE INTERIOR T INTERIOR

INTERIOR

VQ H BTU hr

V

=

Donde: QIAIRE INTERIOR = Calor del interior de la cámara VINFILTRADO = Volumen de aire que se infiltra en la cámara VINTERIOR = Volumen específico en el interior de la cámara HT INTERIOR = Entalpía en el interior de la cámara

_ ( / )INFILTRADO

AIRE EXTERIOR T EXTERIOR

EXTERIOR

VQ H BTU hr

V

=

Donde: QAIRE IEXTERIOR = Calor del exterior de la cámara VINFILTRADO = Volumen de aire que se infiltra en la cámara VEXTERIOR = Volumen específico en el exterior de la cámara HT INTERIOR = Entalpía en el interior de la cámara Entonces el calor infiltrado es:

. . ( / )INFILTRADO EXT INTQ Q Q BTU hr= −

Donde: QINFILTRADO = Calor total que se infiltra en la cámara QEXTERIOR = Calor total en el exterior de la cámara QINTERIOR = Calor total en el inferior de la cámara




59

CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA GENERADA POR OCUPANTES. El cuerpo humano al desarrollar cualquier actividad esta desprendiendo calor, aun cuando no realice actividad física, el simple hecho de que su organismo trabaje para mantenerlo vivo es suficiente para que se libere calor. La energía calorífica cedida por lo ocupantes esta en función directa de la actividad que desarrolle en el interior del espacio. Existen valores determinados, para ciertas actividades que se pueden desarrollar en el área a tratar, los cuales se localizan para su uso practico en tablas. Los valores que se muestran en estas tablas como el equivalente del calor por persona (ECPP) es la suma del calor sensible mas su correspondiente calor latente. Para calcular la carga térmica cedida por los ocupantes basta con identificar el equivalente de calor por persona en la tabla (ver anexo), de acuerdo con la temperatura del espacio, y multiplicado por el número de ocupantes: Qocupantes = No. De ocupantes x Hs (BTU/hr). Qocupantes = Calor que se desprende por ocupantes en la cámara. No. De ocupantes = Total de personas que trabajan dentro de la cámara. Hs = Calor disipado en BTU/hr. CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA GENERADA POR EL EFECTO SOLAR. Este calculo se debe a la incidencia de lo rayos solares y se calcula exclusivamente para la s paredes o superficies afectadas en la hora critica y únicamente en verano. Los rayos solares al incidir sobre la superficie de un espacio refrigerado originan el calentamiento de estos, lo cual implica el paso del calor al interior del espacio. El efecto solar esta relacionado con las siguientes características:

• Rugosidad de la superficie en que incide. • Al ángulo de incidencia e intensidad de los rayos solares. • La constante proporcional del color de la superficie.

Las características anteriores afectan la refracción de la radiación solar, lo cual puede ocasionar un aumento en la ganancia de calor en el interior del espacio por este concepto. Para el cálculo de la radiación solar, la cual varía con la situación geográfica y la altura sobre el nivel del mar, se puede calcular suponiendo que el medio ambiente exterior tiene una temperatura superior a la real y se puede obtener mediante la expresión matemática general de la transmisión de calor:




60

Q = A U ∆T’ (BTU/hr) ∆T’ = Texterna corregida – Tinterna de diseño (°F) Texterna corregida = Texterior + ∆Tablas (°F) Donde: Q = Calor total por efecto solar A = Área de transferencia de calor por efecto solar ∆T´ = Diferencia de temperaturas corregida por efecto solar TEXTERNA CORREGIDA = Temperatura que se corrige para calculo del calor por efecto solar TINTERNA DE DISEÑO = temperatura de diseño (carne de res) ∆Ttablas se obtiene considerando el color y orientación de la superficie afectada. Véase el anexo. CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA TOTAL.

Después de realizar los cálculos anteriores se procede a efectuar la suma de cada punto calculado, a fin de obtener la carga térmica total y de esta forma conocer la cantidad de calor que deberá retirársele a nuestro espacio y/o producto a refrigerar. Entonces tenemos que:

• Carga térmica generada por el producto. • Carga térmica generada por transmisión a través de paredes. • Carga térmica generada por alumbrado y equipo. • Carga térmica generada por infiltración. • Carga térmica generada por ocupantes. • Carga térmica generada por efecto solar.

Por lo tanto:

. . . inf . . . ( / )T prod transm paredes alumb y equipo ocup efect solarQ Q Q Q Q Q Q BTU hr= + + + + +

Donde:




61

QT = Calor total que se le retirará al espacio QPROD = Calor que desprendió el producto QTRANSM.PAREDES = Calor transmitido a través de paredes QALUMB. Y EQUIPO = Calor transmitido por alumbrado y equipo QINF = Calor transmitido por infiltración QOCUP = Calor transmitido por ocupantes en la cámara QEFECT. SOLAR = Calor transmitido por el efecto solar CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA DEL SISTEMA.

Para realizar el calculo de la nuestro balance térmico se procede a conocer los datos necesarios los cuales serán proporcionados por nuestro equipo de enfriamiento secundario y mediante la siguiente formula podremos obtener nuestra carga total.

A pAq mC T= ∆

Donde:

Aq = Es la cantidad de calor sensible que hay que eliminar al producto arriba del punto de congelación. (BTU) m = Cantidad de masa del producto. (lb)

pAC = Calor específico arriba de del punto de congelación. (BTU/lb. °F)

T∆ = Diferencia de temperatura entre la temperatura inicial del producto hasta la

temperatura final. (°F)

Se tomara esta formula debido a que solo se disipara calor sensible, o sea que no habrá ningún cambio de estado físico, de modo que nuestro calculo será de la siguiente forma:




62

( / )sensible p

Q mC T BTU hr= ∆

Donde: QSENSIBLE = Es la cantidad de calor sensible que hay que eliminar al producto arriba del punto de congelación. (BTU) m = Cantidad de masa del producto. (lb)

CP = Calor específico arriba de del punto de congelación. (BTU/lb. °F)

T∆ = Diferencia de temperatura entre la temperatura inicial del producto hasta la temperatura final. (°F)

A continuación se realizaran los respectivos cálculos, para poder obtener así la carga térmica que tendrá que ser disipada por nuestro sistema de refrigeración.




63

ext

inf

inf

1

1 2

2

2 2

tan

3 2

2

18.64

3

87.8º

32º

5.5 lg

lg5

º

4.39 lg

lg0.17

º

0.04 lg

lg350

º

5.5 lg

lg12

º

ext

poliure o

loza

loza

piso

mph

mph

T F

T F

e pu

BTU puk

F pie hr

e pu

BTU puk

F pie hr

e pu

BTU puk

F pie hr

e pu

BTU puk

F pie hr

e

υ

υ

=

=

=

=

=

⋅=

⋅ ⋅

=

⋅=

⋅ ⋅

=

⋅=

⋅ ⋅

=

⋅=

⋅ ⋅

=

2

2

4 lg

lg12

º

7.32 lg

lg0.24

º

piso

poliestireno

poliestireno

pu

BTU puk

F pie hr

e pu

BTU puk

F pie hr

⋅=

⋅ ⋅

=

⋅=

⋅ ⋅

2.9 CÁLCULO ENERGÉTICO DEL PROYECTO. Transmisión de calor a través paredes:

. BTU

hrQ AU T

= ∆

Datos: NOTA: Los diferentes valores que se utilizaran para los cálculos son proporcionados por las tablas q se encuentran en los anexos.

Calculando los espesores para el poliestireno y el poliuretano:

Para el poliestireno:

( )int1

3poliestireno exte T T= − ( )1 87.8º 32º 18.6 7.32 lg3poliestirenoe F F cm pu= − = =




64

Para el poliuretano:

( )tan int1

5poliure o exte T T= − ( )tan1 87.8º 32º 11.16 4.39 lg5poliure oe F F cm pu= − = =

Para el cálculo de la transmisión de calor a través de las paredes calculamos f que es el factor de conductividad de la película de aire:

2 0.4f υ= + (Para pared y techo medianamente rugosa)

( )1 2 0.4 18.64 9.456º

BTUf

F pie hr= + =

⋅ ⋅

( )1 2 0.4 3 3.2º

BTUf

F pie hr= + =

⋅ ⋅

1.6 0.3f υ= + (para pared lisa y puerta)

( )2 1.6 0.3 18.64 7.192º

BTUf

F pie hr= + =

⋅ ⋅

( )2 1.6 0.3 3 2.5º

BTUf

F pie hr= + =

⋅ ⋅

Ahora calculando el coeficiente global de transferencia de calor U para las paredes tenemos que:

31 2

1 1 2 3 2

11 1

Uee e

f k k k f

=

+ + + +

2

10.0364

1 5.5 4.39 0.04 1 º9.456 5 0.17 350 2.5

BTUU

F pie hr= =

⋅ ⋅+ + + +




65

Calculando el calor (Q) que transfieren las paredes: Q AU T= ∆

( ) ( )249.212 16.40 0.0364 87.8º 32º 1639.669

º

BTU BTUQ pies pies F F

F pie hr hr

= × − =

⋅ ⋅

&

Este es el calor por cada una de las paredes largas. Q AU T= ∆

( ) ( )282.020 16.40 0.0364 87.8º 32º 2732.782

º


F pie hr hr

= × − =

⋅ ⋅

&

Este calor es por cada una de las paredes anchas. Calculando el coeficiente de transferencia de calor global U para la puerta tenemos que:

31 2

1 1 2 3 2

11 1

Uee e

f k k k f

=

+ + + +

2

10.0322

1 0.04 7.32 1 º7.192 350 0.24 2.5

BTUU

F pie hr= =

⋅ ⋅+ + +

Calculando el calor (Q) se transfiere a través de la puerta: Q AU T= ∆

( ) ( )213.12 6.56 0.0322 87.8º 32º 154.36

º


F pie hr hr

= × − =

⋅ ⋅

Calculando el coeficiente de transferencia global U para el techo tenemos que:




66

31 2

1 1 2 3 2

11 1

Uee e

f k k k f

=

+ + + +

2

10.5059

1 5.5 5.5 1 º9.456 5 12 3.2

BTUU

F pie hr= =

⋅ ⋅+ + +

Calculando el calor (Q) que transfiere el techo: Q AU T= ∆

( ) ( )282.020 49.212 0.5059 87.8º 32º 113943.52

º


F pie hr hr

= × − =

⋅ ⋅

&

Calculando los parámetros para el suelo: Para la temperatura del subsuelo:

int

2ext

subsuelo

T TT

+=

87.8 3259.9º

2subsueloT F

−= =

Calculando el coeficiente de transferencia global U tenemos que:

31 2

1 1 2 3 2

11 1

Uee e

f k k k f

=

+ + + +

2

11.297297

5.5 1 º12 3.2

BTUU

F pie hr= =

⋅ ⋅+




67

Calculando el calor (Q) que transfiere el piso: Q AU T= ∆

( ) ( )282.020 49.212 1.2972 59.9º 32º 146094.71

º


F pie hr hr

= × − =

⋅ ⋅

Para obtener el calor total de transferencia de calor a través de paredes tenemos que:

2 1639.669 2 2732.782 146094.71 113943.52T

BTU BTU BTU BTUQ Q

hr hr hr hr

= = × + × + +

∑

268783.132T

BTUQ

hr= = 67733.34 kcal/hr




68

CALOR PRODUCIDO POR EL PRODUCTO. DATOS:

50º

32º

0.75 º

0.40 º

98 º

29º

A

B

ent

alm

e

e

L

Cong

T F

T F

BTUC

lb F

BTUC

lb F

BTUH

lb F

T F

=

=

=

=

=

=

Nosotros solo calcularemos el calor sensible ya que nuestro producto solo tendrá un proceso de enfriamiento Calculando el calor sensible que se retirará al producto:

[ ] BTUAPQ mCe T= ∆&

( )( )( )1485 0.75 32 50 20047.5 BTUPQ− = − = −& =5051.97kcal/hr




69

CARGA TÉRMICA GENERADA POR INFILTRACIÓN DATOS: Condiciones Exteriores (Cd. de Puebla).

84º

63ºBS

BH

T F

T F

=

=

Condiciones Interiores.

32º

30º

% 92

pesado (2)

BS

BH

R

T F

T F

H

uso

=

=

=

Para determinar este calculo, debemos de tener el volumen de nuestro espacio del cual a continuación se darán sus especificaciones: Exteriores Interiores Largo 49.212 pies 47.596 pies Ancho 82.020 pies 80.404 pies Altura 16.404 pies 15.945 pies Calcularemos el volumen del espacio, para así poder calcular el volumen infiltrado:

ESPV L A H= × × 347.586 80.404 15.945 61007.240ESPV pies pies pies pies= × × =

De tablas obtendremos los cambios de aire por cada 24 hrs: 61007.240 -------- 1.6 CA CA / 24 hrs = 1.6 / 24 = 0.0666 Cálculo del flujo volumétrico de aire infiltrado:




70

( )( )( )3.

minINF ESP

ftCAV V USOhr

= =

( ) ( )( )3.

61007.240 0.0666 2 8126.164INF

piesV

hr= =

Para el cálculo de los flujos de calor interno y externo la TH y υ se obtiene de la carta

psicrométrica: Condiciones exteriores Condiciones interiores

3

28.6

13.9

EXTT

EXT

BTUH

lb

pies

lbυ

=

=

3

10.9

12.4

INTT

INT

BTUH

lb

pies

lbυ

=

=

Calculando el flujo de calor externo:

( ).

EXT

INFTEXT

EXT

VQ H

υ=

&uuuuv ( )

. 8126.16428.6 16720.02

13.9EXT

BTUQ

hr= = = 4213.44 kcal/hr

Calculando el flujo de calor interno:

( ).

INT

INFTINT

INT

VQ H

υ=

&uuuuv ( )

8126.16410.9 7143.160

12.4INT

BTUQ

hr= =& = 1800 kcal/hr

Calculando el calor total por el concepto de infiltración obtenemos:

INF EXT INTQ Q Q= −& & & 16720.02 7143.160 9576.86INF

BTU BTU BTUQ

hr hr hr= − =& = 2413.36

kca/hrl




71

TRANSFERENCIA DE CALOR POR ALUMBRADO Y EQUIPO. DATOS: Se consideraran 6 motores eléctricos El rendimiento mecánico se obtiene de catalogo de fabricación factor de conversión de 1Watt a BTU/hr

23826.908

1.5

68%

c# de lamparas=64 de 60 watts u

1 3.415A

A pies

HP

Q A

η

=

=

=

= × ×&

Por norma se dice que por cada pie2 habrá 1 Watt:

1 3.415AQ A= × ×& 23826.908 1 3.415 13068.89A

BTUQ pies

hr= × × =&

Ahora lo calcularemos como nos dice la teoría:

# 3.415AQ lamparas watts= × ×&

64 60 3.415 13113.6A

BTUQ

hr= × × =& =3304.62 kcal/hr




72

Haciendo el cálculo de calor por equipo: Como sabemos hoy en día en los sistemas de refrigeración se utiliza los denominados “Equipos-Paquete” que van dentro de la cámara por lo tanto calcularemos el calor desprendido por el equipo denominado:

( )( )746 3.415E

NQ

η

=

&

( )( )1.5 6

746 3.415 33718.1020.68E

BTUQ

hr

× = =

& =8496.961kcal/hr

Calculando el calor por alumbrado y equipo:

yA E A EQ Q Q= +&

13068.89 33718.102 46786.992yA E

BTU BTU BTUQ

hr hr hr= + =& =11790.321kcal/hr




73

TRANSFERENCIA DE CALOR POR OCUPANTES. DATOS: No de Ocupantes = 4 Para calcular este concepto se necesita la temperatura a la cual se va a encontrar la cámara en ºF para saber la cantidad de calor disipado por persona en BTU/hr por medio de tablas:

Tint = 32º F----------- 950 BTU

hr

Personas

ºOQ N personas hs= ⋅ 4 950 3800O

BTU BTUQ

hr hr= × = =957.6kcal/hr

TRANSFERENCIA DE CALOR POR EFECTO SOLAR. Este cálculo no se efectuará ya que la cámara frigorífica estará dentro de un espacio cerrado donde no sería afectada por la radiación solar.




74

CÁLCULO DEL CALOR TOTAL QUE ALBERGARÁ NUESTRA CÁMARA FRIGORÍFICA.

CARGA TERMICA CALOR (BTU/hr)

Transmisión por paredes 268783,132 Transmisión por producto -20047,5 Transmisión por infiltración 9576,86 Transmisión por alumbrado y equipo 46786,992 Transmisión por ocupantes 3800 Transmisión por efecto solar 0 Σ=308899,484 Aplicando un F.S.O. del 10% 339789,432

Calculándolo ahora en Kcal/hr ya que comercialmente son las unidades que se utilizan en el mercado para la selección de los condensadores tenemos que: 1 BTU = 0.252 kcal

14157.893 0.2519958 3567.729BTU kcal kcal

hr BTU hr× =

Y convirtiendo el calor transmitido al espacio en TR:

339789.43228.31 28

12000

BTU

hrTRBTU

hr

= = ≈




75

CAPÍTULO 3

CÁLCULO Y SELECCIÓN DEL EQUIPO




76

3.1 REFRIGERANTES. Definición de refrigerante En general, un refrigerante es cualquier cuerpo o sustancia que actúa como agente de enfriamiento absorbiendo calor de otro cuerpo o sustancia. Con respecto al ciclo compresión - vapor, el refrigerante es el fluido de trabajo del ciclo el cual alternativamente se vaporiza y se condensa absorbiendo y cediendo calor, respectivamente. Para que un refrigerante sea apropiado y se le pueda usar en el ciclo compresión -vapor, debe poseer ciertas propiedades (químicas, físicas y termodinámicas) que lo hagan seguro y económico durante su uso. Propiamente no existe un refrigerante " ideal " y por las grandes diferencias en las condiciones y necesidades de las varias aplicaciones, no hay un solo refrigerante que sea universalmente adaptable a todas las aplicaciones. Entonces, un refrigerante se aproximará al " ideal ", sólo en tanto que sus propiedades satisfagan las condiciones y necesidades de la aplicación para lo cual va a ser utilizado. 3.2 CLASIFICACIÓN SEGÚN ASHRAE. En la tabla siguiente se proporciona una lista de fluidos cuyas propiedades pueden ser adecuadas para usárseles como refrigerantes. Sin embargo, sólo unos pocos de los más deseados son realmente empleados como tales. Algunos que se usaron bastante en años anteriores, han sido eliminados a medida que se han desarrollado fluidos más apropiados, otros continúan en estado de desarrollo y son una promesa para el futuro. ASHRAE Sistema de numeración de refrigerantes. ASRE Nombre del químico Designación estándar del refrigerante

Fórmula Química

Peso molecular

Punto de ebullición °F

Compuestos halocarburos 10 Carbóntetracloruro CCI4 153.8 170.2 11 Tricloromonofluorometano CC3F 137.4 74.8 12 Diclorodifluorometano CCI2F2 120.9 -21.6 13 Monoclorotrifluorometano CCIF3 104.5 -114.6 13B 1 Monobromotrifluorometano CBrF3 148.9 -72.0 14 Carbóntetrafluoruro CF4 88.0 -198.4 20 Cloroformo CHCI3 119.4 142 21 Dicloromonofluorometano CHCI2F 102.9 48.1 22 Monoclorodifluorometono CHCIF2 86.5 -41.4 23 Trifluorometano CHF3 70 -119.9




77

30 Cloruro de metileno CH2Cl2 84.9 105.2 31 Monocloromonofluorometano CH3F2 68.5 48.0 32 Fluoruro de metileno CH3CI 52 -61.4 40 Cloruro de metilo CH3F 50.5 -10.8 41 Fluoruro de metilo CH4 34 -109 50 Metano CCI3CCI3 16 -259 110 Hexacloroetano CCI3CCI2F 236.8 305 111 Pentacloromonofluoroetano CCI2FCCl2F 220.3 279 112 Tetraclorodifluoroetano CCI2CCIF2 203.8 199.0 112ª Tetraclorodifluoroetano CCI2FCCIF2 203.8 195.8 113 Triclorotrifluoroetano CCI2CF3 187.4 117.6 113ª Triclorotrifluoroetano CCIF2CClF2 187.4 114.2 114 Diclorotetraftuoroetano CCI2FCF3 170.9 38.4 114ª Diclorotetrafluoroetano CBrF2CBrF2 170.9 38.5 114B 2 Dibromotetrafluoroetano CCIF2CF3 259.9 117.5 115 Monocloropentafluoroetano CF3CF3 154.5 -37.7 116 Hexafluoretano CHCl2CCl3 138 -108.8 120 Pentacloroetano CHCI2CF3 202.3 324 123 Diclorotrifluoroeíano CHCIFCF3 153 83.7 124 Monoclorotetrafluoretano CHF2CCIF2 136.5 10.4 124ª Monoclorotetrafluoroetano CHF2CF3 136.5 14 125 Pentafluoretano CH2CICF3 120 -55 133ª Monoclorotrifluoroetano CH3CCl3 118.5 43.0 140ª Tricloroetano CH3CClF2 133.4 165 142b Monoclorodifluoroetano CH3CF3 100.5 12.2 143ª Trifluoroetano CH3CHCI2 84 -53.5 150ª Dicloroetano CH3CHF2 98.9 140 152ª Difluoroetano CH3CH2CI 66 -12.4 160 Cloruro de etil CH3CH3 64.5 54.0 170 Etano CF3CF2CF3 30 -127.5 218 Octafluoropropano CH3CH2CH3 188 -36.4 290 Propano 44 -44.2 C316 Diclorohexafluorociclobutano C4CI2F6 233 140 C317 Monocloroheptafluorociclobutano C4ClF7 216.5 77




78

C318 Octafluorociclobutano C4F8 200 21.1 500 Refrigerantes- 12/152a

73.8/26.2 wt%* CCbF2/CH3 CHF

99.29 -28.0 501 Refrigerantes - 22/ 1 2 75/25 wt% CHCIF2/CCI

2F2 93.1 -42

502 Refrigerantes- 11/11548.8/51.2 wt%

CHCIF2/CCI F2CF3

112 -50.1

50 Metano CH4 16.0 -259

170 Etano CH3CH3 30 -127.5 290 Propano CH3CH2CH3 44 -44.2 600 Butano CH3CH3CH2

CH 58.1 31.3

601 Isobutano CH(CH3)3 58.1 14 1150 Etileno CH2=CH2 28.0 -155.0

1270 Propileno CH3CH=CH2 42.) -53.7 C2H2OC2H5 74.1 94.3 611 Formato de metil HCOOCH3 60 89.2 620 630 Amina de metil CH3NH2 31.1 20.3 631 Amina de etil C2H5NH2 45.1 61.8 717 Amoniaco NH8 17 -28 718 Agua H2O 18 212 729 Aire 29 -318 744 Dióxido de carbón CO2 44 -109

(subí.) 744 A Oxido nitroso N2O 44 -127 764 Dióxido de azufre S02 04 14.0 1112a Diclorodifluoroetileno CCI2=CF2 133 67 1113 Monocloroirifluoroetileno CCIF=CF2 116.5 -18.2 1114 Tetrafluoroetileno CF2=CF2 100 -105 1120 Tricloroetileno CHCI=CC12 131.4 187 ̂1130 Dicloroetileno CHCI=CHCI 96.9 118 1132 a Fluoruro de vinilideno CH=CF2 64 -119 11 40 Cloruro de vinilo CH3=CHCI 62.5 7.0 1141 Fluoruro de vinilo CH2=CHF 46 -98 1150 Etileno CH2=CH2 28 -155.0 1270 Propileno CH3CH=CH2 -53.7




79

• Córner Corp. Document 2-D127, p.l Los compuestos de metano, etano y propano aparecen en la sección de halocarburos con sus propias posiciones numéricas, pero entre paréntesis ya que estos productos no son halocarbyros. Los compuestos etileno y propileno aparecen en la sección de hidrocarburos ( con el fin de indicar que estos compuestos son hidrocarburos). El etileno y el propileno están debidamente identificados como compuestos orgánicos no saturados. De la ASHRAE Dafa Book, Design Volume, 1957 - 58 Edition, con permiso de la American Society of Heating, Refrigerating. and Air - Conditioning Engineers. 3.3 PROPIEDADES DE ALGUNOS REFRIGERANTES Y CARACTERÍSTICAS DE UN CICLO CON EVAPORACIÓN A-15 °C (5 °F) Y CONDENSACIÓN A 30 °C (86 °F).

PROPIEDAD HCFC-22.

HCFC-123.

HCF-1340. R-717.

Color de vaporización a -15°C KJ/Kg. (Btu/lb).

215.93 (92.8)

178.3 (76.7)

207.28 (89.3)

1313 (564)

Volumen específico de! vapor a -15°C It/Kg. (ft/Ib).

77.34 (1-24)

0.3908 (6.26)

119.9 (1.92)

508 (8.14)

Gasto por unidad de refrigeración Kg./s por KW [Ib/min por tonelada).

0. 000 15

(2.87)

6.56 (3.05)

0.00681 (3.17)

0.00091

(0.422) Flujo Volumétrico de vapor en el evaporador por unidad de refrigeración H/s por KW (ft3/min por ton.).

0.476 (3.54)

2.56 (19.1)

0.8165 (6.08)

0.461 (3.43)

3.4 EFECTOS DE LOS DIFERENTES REFRIGERANTES EN LA DESTRUCCIÓN DE LA CAPA DE OZONO Y EL CALENTAMIENTO GLOBAL.

Una razón por el resurgimiento en el interés por el amoníaco es su efecto a la

atmósfera. Durante una fuga de amoníaco mientras que la concentración del amoníaco permanezca cerca o debajo de 50ppm (partes por millón), el amoníaco no daña a apersonas, animales, plantas y medio ambiente. El amoniaco se encuentra libre en la atmósfera y es parte fundamental del ciclo del nitrógeno como fuente de nitrato, el cual convierte al nitrógeno de manera que puede ser utilizada por las plantas.




80

Aproximadamente el 95 % del total del amoníaco en el mundo es debido a los procesos naturales, por ejemplo, la descomposición de materia orgánica, excremento de animales, productos de las alcantarillas y erupciones volcánicas. El potencial de destrucción del Ozono (ODP) y potencial para el calentamiento global (GWP) de cuatro refrigerantes están mostrados en la Tabla "A". Los ODPs y GWPs están dados con respecto al refrigerante R-l 1 el cual tiene un valor de 1.0, es preferible que la vida de sustancia en la atmósfera sea corta y la duración del amoniaco en la atmósfera es usualmente de unos días y siempre menos de dos semanas. El ODP del R-22 es solamente 5 % y el del R-123 del 2 % del R-l 1. El R-134a es un HFC y no contribuye a la destrucción del ozono, lo mismo es cierto para el amoniaco. En ambos casos R-22 y R-l 34a causan calentamiento global. 3.5 Tabla "A" Potencial de destrucción de Ozono (ODP) y Calentamiento Global (GWP) de algunos refrigerantes con referencia a CFC-11.

Refrigerante. Duración en la Atmósfera.

(Años).

ODP. GWP.

HCFC-22 18 0.05 0.40 HCFC-123 2 0.02 0.02 HFC-134a 18 0.31 0.31

AMONIACO. Menos de 2 semanas. 0 0

En la refrigeración Industrial los dos refrigerantes más importantes son HCFC-22 y amoníaco. Estos refrigerantes se dividen en mercado probablemente en proporciones iguales, pero a principios de este siglo, el HCFC-22 deberá ser reemplazado, por lo que el amoníaco tendrá la oportunidad de ganar mas instalaciones debido a que muchos de los empresarios tendrán que observar el comportamiento ecológico de los refrigerantes. Lo anterior es una razón por lo que la utilización del amoniaco será mayor en el futuro. 3.6 PROPIEDADES SEGURAS. Las propiedades seguras de un refrigerante son de especial importancia en la selección del mismo. Es por esta razón que algunos fluidos que de otro modo son altamente deseables como refrigerantes, tienen uso limitado como tales.




81

Para tener uso apropiado como refrigerante, un fluido deberá ser químicamente inerte hasta el grado de no ser inflamable, no explosivo y no tóxico, tanto en su estado puro como cuando están mezclados con el aire en cierta proporción; además el f luido no deberá reaccionar desfavorablemente con el aceite lubricante o con cualquier otro material normalmente usado en la construcción del equipo de refrigeración. No deberá reaccionar desfavorablemente con la humedad, la cual, no obstante, a pesar las precauciones rigurosas que se tienen, se presente en cierto grado este problema en todos los sistemas de refrigeración. Además es deseable que el fluido sea de tal naturaleza que no contamine de forma alguna a los productos alimenticios o algunos productos almacenados en caso de que se tuviera alguna fuga en el sistema. 3.7 APLICACIÓN DE LOS REFRIGERANTES. Después de haber examinado las características y factores que influyen en la elección de los refrigerantes, vamos hacer un resumen del uso de algunos de los refrigerantes más comunes.

3.7.1 Aire. El uso principal del aire como refrigerante es en la unidad de ciclo de aire para aviones. El coeficiente de funcionamiento de ciclo de aire que trabaja entre las temperaturas de 30 y -15°C es 1.67; si se compara con el coeficiente de funcionamiento de los otros refrigerantes La refrigeración con aire se requiere más trabajo, si bien el menor peso compensa con mucho esta desventaja en el servicio aéreo. 3.7.2 Amoníaco. El amoniaco se usa principalmente en las grandes industrias y en las instalaciones de baja temperatura. La mayoría de las plantas que usan amoniaco han adiestrado a sus operarios para el servicio. La toxicidad impide su uso en los lugares ocupados por grandes grupos de gente. Aunque su utilización en refrigeraciones a baja temperatura, tales como congelación de alimentos y plantas lecheras tiene la competencia de los Refrigerantes 22 y 12, cada año entran en funcionamiento muchos nuevos sistemas de amoniaco. 3.7.3 Anhídrido carbónico. Antes de que apareciesen los hidrocarburos halogenados, el anhídrido carbónico era un refrigerante no tóxico muy popular. Al exigir altas potencias y altas presiones de condensación, esta limitado ahora su uso a los ciclos de baja temperatura en sistemas en cascada, en los que el anhídrido carbónico se condensa cediendo su calor al evaporador de una unidad de temperatura más alta que utiliza un refrigerante distinto. 3.7.4 Refrigerante 11. Debido al alto caudal en volumen por ton, el Refrigerante 11 es apropiado para trabajar en compresores centrífugos.




82

Los Refrigerantes 11 y 113 son los más usados en sistemas de compresor centrífugo. Por debajo de 23.9°C, El Refrigerante 11 esta a presión inferior a la atmosférica, por lo que se necesitan dispositivos de purga para separar el aire que se introduzca en el sistema. 3.7.5 Refrigerante 12. Es el Refrigerante más ampliamente usado. Se usa principalmente con compresores alternativos en aparatos de refrigeración domésticos, en acondicionamientos de aire en comercios e industrias, y en multitud de otros tipos de sistemas de refrigeración. Las propiedades del refrigerante 12 que lo hacen tan útil son las convenientes presiones de funcionamiento, la pequeña potencia necesaria por ton, y el que no sea tóxico ni corrosivo. 3.7.6 Refrigerante 22. El refrigerante 22 al igual que el ! 2, no es tóxico, y necesita una pequeña potencia por ton. Esfe refrigerante compite con el 12 en unidades pequeñas de acondicionamiento de aire. Compite con e amoniaco en sistemas industriales de baja temperatura en aquellos casos en que la toxicidad del amoniaco ha de tenerse en cuenta. 3.8 COMPARACIÓN DE LOS REFRIGERANTES.

Muchos factores deben tenerse en cuenta al elegir un refrigerante. Estos factores pueden agruparse en propiedades termodinámicas, químicas y físicas:

Termodinámicas:

• Presiones a las temperaturas de evaporación y condensación. • Punto de congelación. • Volumen puesto en juego por tonelada de refrigeración. • Potencia por tonelada de refrigeración y coeficiente de

funcionamiento Químicas:

• Inflamabilidad. • Toxicidad. • Reacción con los materiales de construcción. • Daños a los productos refrigerados.

Físicas:

• Tendencia a las fugas y detección. • Viscosidad y conductividad térmica. • Acción sobre el aceite. • Costo. • Preferencia personal.




83

3.9 INFLAMABILIDAD y TOXICIDAD. INFLAMABILIDAD: El peligro de inflamación o explosión influirá ciertamente en la elección del refrigerante. Los hidrocarburos tales como el propano, etano y butano son altamente inflamables y explosivos, por lo que se usan únicamente en aquellas aplicaciones industriales en las que se puede disponer de métodos de seguridad para el empleo de gases explosivos. El amoniaco es explosivo cuando se mezcla con el aire en concentraciones de 16 a 25 % de amoniaco en volumen. Los hidrocarburos halogenados (refrigerantes 11, 12, 22 etc.), se consideran no inflamables.

TOXICIDAD: Un refrigerante tóxico es el que es perjudicial a los seres humanos cuando se mezcla con et aire en pequeños porcentajes. Todos los refrigerantes comunes, excepto el aire, pueden causar sofocación, pero esto, generalmente sólo ocurre a altas concentraciones. Los Underwriters Laboratories han clasificado los refrigerantes de acuerdo con su toxicidad relativa. Como muestra en la siguiente tabla, los números de clasificación más altos de los Underwrifers Laboratories indican una toxicidad reducida.

Muerte o serios danos. Refrigerante.

Duración de la exposición H.

Concentración en el aire.

% en Volumen. Kg/I.000m3o 20 C.

Amoníaco. ½ 0.5 - 0.6 3.2 - 4.8 Refrigerante 113. 1 4.8 - 5.2 372 - 402 Anhídrido carbónico. ½ - 1 29.0 - 30.0 530 - 550 Refrigerante 1 1. 2 10.0 570 Refrigerante 22. 2 18.0 - 22.5 642 - 808 Refrigerante 12. Ningún daño a los

conejillos de indias después de dos horas de exposición.

28.5 - 30.4 1.430 - 1.530

Los hidrocarburos halogenados no son tóxicos cuando se mezclan con el aire. Sin embargo, su descomposición en presencia de una llama puede ser peligrosa. De la descomposición de estos refrigerantes en presencia de una llama resulta fosgeno, que es un gas venenoso. El olor acre de los productos sirve de aviso.




84

3.10 SELECCIÓN DE REFRIGERANTE Se hace una selección del refrigerante a usar, en base a una tabla comparativa, en la cual se muestran las ventajas y desventajas de nuestras dos alternativas (freón y amoníaco), en la misma se muestran propiedades, características y además precios de los mismos para dar una idea más clara del porque de la selección de uno u otro.

PROPIEDADES O CARACTERÍSTICAS Freón. Amoniaco NH3 Punto de ebullición a 1 Atm (°F). -41.4 -28 Concentración de calor del vapor saturado a 5°F en el evaporador (Btu/lb).

105.56

613.35

Contenido de calor del líquido a 86°F en el condensador (Btu/lb).

36.28 133.9

Efecto refrigerante (Btu/lb). 69.28 474.45 Refrigerante recirculado (Ib/min). 2.887 0.4215 Volumen de líquido a 86°F (pie3/lb). 0.0136 0.0269 Líquido recirculado (plg3/min). 67.97 19.6 Volumen de vapor a 5°F (pie3/lb). 1.246 8.150

Refrigerante por pie3 de desplazamiento del compresor (Btu/min).

55.60 58.20

Desplazamiento del compresor (pie3/min). 3.596 3.436 Flamable No. Si. Tóxico No. Si. Contaminante. Precio ($/Kg.). Alto. Bajo. Miscible con aceite. Mucho. Poco. Abundancia en el mercado. Poca Mucha. Probabilidad de fuga. Grande. Pequeña. Estructura molecular. Pequeña. Grande.




85

Refrigerante R-12 R-22 NH3 Agua

Fórmula química. CCI2F2 CHCIF2 NH3 H2O

Peso molecular. 120.9 86.5 17.0 18.0

Temp. Ebullición (°C) a 1 atm. De presión. -28.0 -40.8 -33.3 100

Presión del evaporador a -1 5°C (Kg./ cm2). 0.83 1.99 1.38 752 *

Presión de condensación a 30°C(Kg./cm2). 6.55 11.2 10.86 731.5*

Temperatura crítica (°C). 1122 96.1 133.0 374.5

Presión critica (Kg./cm2). 41.97 50.33 116.1 226.8

Temperatura de descarga del compresor (°C) . 38.3 55.0

Relación de compresión (30°C/-15°C).

4.08 4.06 4.94 6.95

Volumen específico del vapor saturado a -15°C (l/Kg).

91.1 78.0 509 152,570

Calor latente de evaporación a -15 °C (Kcal/Kg.). 37.9 52.0 313.8

Efecto neto de refrigeración del liquido, 30 °C/15 °C (kcal/Kg.).

27.8 35.0 263.5 560

Calor especifico del líquido a 30 C. 0.24 0.34 1.10 1.0

Calor especifico del vapor a la presión constante de 1 Atm. y 30 °C.

0.15 0.15 0.52 0.5

Coeficiente de comportamiento. 4.70 4.66 4.76 4.10

C.P. /ton. de refrigeración. 1.002 1.011 0.99 0.62

Refrigerante circulado/ton, refrigeración (Kg./min). 1.82 1.31 0.19 0.089

Liquido circulado/ton, refrigeración (It/min). 1.40 1.11 0.32 0.089

Desplazamiento de compresor/ton refrigeración (lt/m¡n). 165 102 0.97 13,497

Toxicidad (grupo No. Undewriter's Laboratories) 6 5A Mod. No.

Flamabilidad y explosividad. Ninguna Ninguna Sí. No.

Tipo de compresor adecuado. Recip. Centrif.




86

3.11 DAÑO A LOS PRODUCTOS REFRIGERADOS. Cuando por una fuga en el sistema refrigerante es posible que llegue el refrigerante a estar en contacto con los productos refrigerados, hay que tener en cuenta los efectos de este contacto.

El amoniaco se disuelve en agua, y la mayoría de los productos alimenticios contienen agua, En pequeñas concentraciones el efecto del amoniaco sobre los alimentos es insignificante, pero a altas concentraciones, o con largos periodos de exposición, los alimentos toman mal sabor, e incluso pueden ser tóxicos. Los Hidrocarburos halogenados no tienen efecto perjudicial sobre los alimentos, pieles o telas. 3.12 REACCIÓN CON LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN. Corrientemente, la reacción de un refrigerante, con un material de construcción, no tiene influencia en la elección del refrigerante, pero la clase el material que debe emplearse para contener al refrigerante a usar, viene generalmente dictada por este. Ciertos metales pueden ser atacados por lo refrigerantes. El amoniaco, por ejemplo, reacciona con el cobre, el latón u otras aleaciones de cobre en presencia del agua. Por tanto el hierro y el acero son los materiales comúnmente empleados en los sistemas de amoniaco. Los hidrocarburos halogenados pueden reaccionar con el cinc, pero no con el cobre, aluminio y, hierro. En presencia de una pequeña cantidad de agua, los hidrocarburos halogenados forman ácidos que atacan a la mayoría de los metales. Los Hidrocarburos halogenados atacan el caucho natural, por lo que debe usarse en las empaquetaduras y juntas de estanqueidad caucho sintético del tipo neopreno. 3.13 VIDA ÚTIL DE LOS TUBOS PARA UNA CIERTA CAPACIDAD DE REFRIGERACIÓN. La siguiente tabla (propiedades de los refrigerantes) mostró que el calor [atente del amoniaco es aproximadamente seis veces mayor que el de los refrigerantes halogenados, por lo tanto el flujo másico es muy pequeño con amoniaco para una cierta capacidad. Aunque el amoniaco tenga un alto volumen especifico y las velocidades del vapor del amoniaco y R-22 son semejantes, la caída de presión de amoniaco es menor. La base más apropiada para una comparación de los refrigerantes es la caída de temperatura de saturación, por que la temperatura es el mejor indicador de la eficiencia del sistema que la presión. Basados en esto un tubo de succión para amoniaco puede transportar un flujo de refrigerante con aproximadamente tres veces la capacidad de refrigeración en comparación de los refrigerantes halogenados. Capacidades e refrigeración de diámetros varios con dos caídas de temperatura de saturación. Las cantidades se aplican a la tubería de succión con un largo de 30.5 [100 ft] y una temperatura de saturación de -17.8°C(0°F).




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Capacidad de refrigeración KW/Tons.

Caída de temperatura de saturación de 0.56 °C (1°F).

Caída de temperatura de saturación de 1.1 °C (2°F).

Refrigerante. 4-pulgadas. 6- pulgadas. 4-pulgadas, 6- pulgadas. HHCFC-22. 199 (50. 7). 587(167). 281 (80). 833(237). Amoniaco. 545 (155). 1583 (450). 731 (208). 21 10(600). La comparación muestra que tubos más pequeños y más baratos pueden ser usados en un sistema con amoniaco para las mismas perdidas por caída de presión. Por otra parte se podría seleccionar el mismo diámetro de tubo en un sistema de amoniaco beneficiándose el primero con una menor caída en presión. 3.14 APLICACIONES ACTUALES Y VENTAJAS PARA EL AMONIACO. La cantidad de sistemas que usan amoníaco como refrigerante es pequeña en comparación con la que usa halocarbonos, pero a una escala absoluta el amoníaco tiene un papel importante en la economía mundial. Las plantas de refrigeración que utilizan amoníaco son por lo general grandes y operan en un medio ambiente industrial, funcionan a bajas temperaturas, se distribuyen sobre una superficie extensa, tienen que ser flexibles con respecto a modificaciones y ampliaciones considerando sobre todo la eficiencia de estas plantas. Estas características hacen que el amoníaco sea utilizado frecuentemente para el procesamiento y conservación de los alimentos y hasta cierto punto en las industrias químicas y farmacéuticas. El amoníaco es un pilar de la industria alimenticia y en el congelamiento y conservación de comestibles congelados y refrigerados.

Basado en los datos suministrados por la International of Refrigerated Warehouses, los pronósticos para compras futuras favorecen a los sistemas de amoníaco en la proporción de 1 a 5 en los Estados Unidos de Norteamérica y Canadá. En Europa Occidental los sistemas de amoníaco en almacenes frigoríficos son favorecidos por un pequeño margen.

Las ventajas con el amoníaco incluyen su comportamiento con el aceite. El costo de operación, la eficiencia de los ciclos, los altos coeficientes de intercambio, la baja potencia requerida por la bomba en un sistema de recirculación de liquido, la habilidad para proveer una cierta capacidad de refrigeración con tuberías más pequeñas, su tolerancia al agua, la facilidad de detección de fugas, además e amoníaco es adaptable a condensadores evaporativos que pueden reducir la temperatura de condensación. Lógicamente el amoníaco tiene sus desventajas.




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3.15 USOS Y PORQUE DEL AMONIACO. El amoniaco se usa principalmente en grandes sistemas industriales que frecuentemente cubren áreas extensas y operan a temperaturas bajas no es un accidente que el amoniaco domine en estas aplicaciones: Costo Bajo: Debido a que estas plantas son grandes y requieren cargas de miles de Kgs. El costo del refrigerante en un factor importante. Eficiencia Alta: Debido a la alta eficiencia del ciclo y a los altos coeficientes de transferencia de calor, un sistema de amoniaco puede operar económicamente, en las grandes instalaciones se presta mucha atención al costo de la energía eléctrica. Baja Potencia para el Bombeado del Líquido: Debido a que la mayoría de los sistemas industriales usan recirculación del líquido, el amoniaco tiene la ventaja de que requiere menos energía por bomba. Facilidad para la Detección de Fugas: El amoniaco al poseer un olor fuerte facilita la detección de fugas de refrigerante y corregirlas rápidamente. Mayor Tolerancia a la contaminación con Agua: La entrada de agua a un sistema grande es casi inevitable y una cantidad moderada de agua en amoniaco no causa problemas. Comportamiento Favorable con Aceite: Debido a que el aceite y el amoniaco se separan, el aceite que se acumula en los componentes del lado de baja presión puede ser drenado fácilmente. Menores Diámetros de los Tubos: Tubos más chicos se pueden utilizar con amoniaco por lo tanto, el costo de las tuberías en una planta grande es menor o la caída de presión del refrigerante es menor para un mismo tamaño de los tubos. El Amoniaco no Causa la Destrucción de la Capa de Ozono o Calentamiento Global: Una razón importante por la que el amoniaco ahora se considera como un reemplazo por los CFCs es que el amoniaco es benigno al medio ambiente. 3.16 COSTO DE REFRIGERANTE. El amoníaco es el refrigerante más barato en la actualidad. Eso es debido a que la mayor aplicación de este no es en la refrigeración, sino en usos agrícolas, por lo que el costo para refrigeración es bastante modesto. El precio cuando es comprado en grandes




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volúmenes oscila entre 0.55 y 1.75 U.S.D. por kilogramo. Este precio representa aproximadamente un sexto del precio del R-22. Los refrigerantes nuevos son excesivamente caros { están entre 11 y 18 U.S.D. por kilogramo) por esta razón el costo de la carga inicial de refrigerante y el costo de reposición de refrigerante perdido es mucho más caro que con amoniaco. Las diferentes propiedades termodinámicas de los refrigerantes resultan en ciclos con eficiencias diferentes. Es muy común escuchar decir que el amoníaco es e refrigerante más eficiente. Esto lo es muy probablemente para la refrigeración industrial. Pero en e caso del HCFC-123 en su ciclo ideal es mucho más eficiente que el amoníaco, la inconveniencia de este refrigerante es de que tiene que ser manejado a altas presiones y únicamente es utilizado en compresores centrífugos. CÁLCULO Y SELECCIÓN DEL EQUIPO. 3.17 CONDICIONES DE TRABAJO. El refrigerante a utilizar en el sistema de refrigeración en la cámara frigorífica es R-22 HCFC (hidrocloroflurocarburo), es un refrigerante con potencial de agotamiento de la capa de ozono menor a 0.1, ya que contiene mas de un átomo de hidrogeno lo que lo hace menos estable y le permite descomponerse mas rápidamente en la atmósfera baja antes de alcanzar la estratosfera. Por estas condiciones los fabricantes de refrigeración han decidido utilizarlo para aplicación comercial y para satisfacer temperaturas arriba del punto de congelación de los productos. Refrigerante: R-22

• Temperatura requerida: 32°F (0°C) • Capacidad del sistema: 28 TR • Condensador: Enfriado por aire • Condiciones atmosféricas: TBS = 84°F (29°C); TBH= 64°F (18 °C)

Con las condiciones ya mencionadas trazaremos el diagrama de Mollier 3.18 CARACTERÍSTICAS DEL R-22. Este refrigerante es del grupo de los HCFC, inicialmente estaba diseñado para aire acondicionado pero hasta hace poco se empieza a emplear para todo. Evapora a -40.8°C a presión atmosférica, es miscible con el aceite mineral y sintético pero en bajas temperaturas es recomendable utilizar separador de aceite. Acepta poco recalentamiento ya que de lo contrario aumentaría demasiado la temperatura de descarga. Absorbe 8 veces mas humedad que el R-12.




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Actualmente se prohíbe sus empleo en instalaciones nuevas excepto en equipos de aire acondicionado inferior a 100kW. Las fugas también se pueden detectar con lámpara.

Propiedades Freon 22

Numero de refrigerante R-22

Reemplaza N/A

Fórmula química / Composición CHCIF2

Peso molecular 86.47

Punto de ebullición a 1 atm, °F(°C) (-40.8)

Densidad del líquido a 25°C (77°F), lb/ft3 (Kg/m3) 74.53 -1195

Presión de Vapor a 25°C (77°F), PSIA (kPa) 151.4 -1043

Capacidad térmica del líquido a 25°C (77°F) Btu/lb °F (Kj/kg°K) 0.296 -1.24

Capacidad térmica del vapor a 1atm y 25°C (77°F), Btu/lb°F(Kj/Kg°K) 0.157 -0.657

Conductividad térmica del líquido a Btu/hr ft °F (W/°K) 0.0458 -0.0849

Conductividad térmica del vapor a 1 atm (101.3 kPa), Btu/hr ft °F (W/°K)

0.00621 -0.01074

Temperatura crítica, °F (°C) 205.24 -96.24

Presión crítica PSIA (kPa) 722.39 -4981

AEL Límite de exposición aceptable (8- y 12-HR TWA), ppm 1000

ODP Potencial de agotamiento del ozono, CFC-12=1 0.5

GWP Potencial de calentamiento global, CO2=1 1500

Clasificación ASHRAE de Seguridad A1




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CONDICIONES DE TRABAJO Temperaturas

8 10

32 10 22

succ req

succ

T T a F

T F

= − °

= − = ° =-5.22ºC

10 15

84 15 99 aire ambdesc BS

desc

T T a F

T F

= + °

= + = °=37.22ºC

Con estas temperaturas se trazara el ciclo de refrigeración en el diagrama de Mollier. Ya con el ciclo trazado ahora se calculará los diez parámetros enseñados en clase. Parámetros a calcular: NIVELES DE PRESIÓN

2

2

125 p lg

60 p lg

lbsAP

lbsBP

=

=

RELACIÓN DE COMPRESIÓN

1252.08

60

APRC

BP

RC

=

= =

Nota: para esta relación de compresión, los fabricantes de compresores

reciprocantes establecen un vη (rendimiento volumétrico) de 77.5% R-22.




92

Para el cálculo de los siguientes parámetros se necesitaran los valores de las entalpías en los todos los puntos del ciclo (evaporación: 1-2, compresión: 2-3, condensación: 3-4 y expansión: 4-1).

ENTALPIA VALOR (BTU/lb)

h1=h4 27.5

h2 105.5

h3 115

EFECTO REFRIGERANTE

2 1

105.5 27.5 78

ER h h h

BTUER h

lb

= ∆ = −

= ∆ = − =

ER=43.33kcal/kg GASTO MÁSICO

200

200(289)71.79 4307.69

78 min

TR

ER

lb lb

hr

ω

ω

•

•

=

= = =

ώ=32.56kg/min = 1953.93kg/hr

COEFICIENTE DE RENDIMIENTO

3 2 115 105.5 9.5

788.21

9.5

R

comp

comp

R

ERC

h

BTUh h h

lb

C

=

= − = − =

= =

=5.27kcal/kg




93

CALOR DESPRENDIDO EN EL CONDENSADOR

4 3 27.5 115 87.5

4307.69( 87.5) 376922.875

condcond

cond

cond

Q h

BTUh h h

lb

BTUQ

hr

ω• •

•

− = × ∆

∆ = − = − = −

− = − = −

VOLUMEN DESPLAZADO El volumen de succión es determinado por el diagrama de Mollier y el rendimiento volumétrico es a partir de datos de fabricantes como ya se dijo.

3

3

3

min

71.79(0.91)84.29

0.775 min

5057.72

succ

d

v

d

d

v ftV

ftV

ftV

hr

ω

η

•

×=

= =

=




94

SELECCIÓN DE EQUIPO En la selección de equipo primero se seleccionara una unidad condensadora con una capacidad que satisfaga las necesidades de extracción de calor de nuestro espacio por refrigerar. Los equipos a seleccionar son de la marca FRIGUS BOHN, se selecciono esta marca debido a que se adecua a nuestras necesidades, ya que sus equipos manejan refrigerante R-22 que fue el que seleccionamos. Para realizar una selección de equipo tomamos en cuenta el resultado arrojado por nuestro balance térmico, que en este caso fue de 376922.875 BTU/hr que es la cantidad de calor que va a disipar dicho condensador Ahora entramos a los catálogos de Bohn y buscamos una maquina que de acuerdo a nuestra temperatura requerida y a la carga térmica por eliminar que cumpla con nuestras condiciones. En nuestro caso como la capacidad de los equipos propuestos por el fabricante no hay uno con dicha capacidad de nuestro equipo entonces seleccionaremos dos y asi cumplir con el abatimiento de nuestra carga térmica. Por lo tanto seleccionaremos dos maquinas BLV2600H2, la cual como se observa en la tabla de selección del fabricante, tiene una capacidad de absorción de 193100 BTU/hr a 25°F de temperatura de succión saturación (Temp. De evaporación del refrigerante) trabajando a una temperatura ambiente de 90°F, esta maquina o unidad paquete cuenta con un compresor de 40 HP.




95

UNIDAD CONDENSADORA

UNIDAD CONDENSADORA DIMENSIONADA




96

UNIDAD EVAPORADORA

UNIDAD EVAPORADORA DIMENSIONADA




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Una vez que seleccionamos la maquina debemos balancear esta con los evaporadores. Para seleccionar el o los evaporadores adecuados, debemos tomar en cuenta la altura a la que estarán colocados y el tiro de aire que se desea obtener de ellos, ya que un evaporador con ventiladores pequeños no brindaría una circulación adecuada de aire, además debemos tener en cuenta que si la temperatura del cuarto es menor a 32°F deberá tener un sistema de deshielo eléctrico (por resistencias eléctricas). Para nuestro proyecto los evaporadores adecuados son 3, tipo BHL-1050-CPA el cual disipa 105, 000 BTU/hr, como son evaporadores tenemos en total 315, 000. Aplicando el factor de corrección tenemos un total de 360,000 BTU/hr De a cuerdo al fabricante los equipos se pueden balancear al 10% Por lo tanto tenemos que el calor que disipa el condensador menos lo que disipa el evaporador entre el valor del calor del condensador (calculo práctico para balancear los equipos) tenemos que:

Nos da un valor negativo por que el evaporador es mayor que el condensador. Normalmente este valor es positivo por que el condensador es mayor al evaporador y eso nos reduce costos.




98

TABLA DE DATOS DEL EVAPORADOR




99

TABLA DE DATOS DEL CONDENSADOR




100

CAPÍTULO 4 PROGRAMA DE MANTENIMIENTO




101

4.1 PROGRAMA DE MANTENIMIENTO. 4.2 Evaporadores. Todos los evaporadores deben revisarse una vez al mes o mas a menudo para obtener un deshielo adecuado, debido a que la cantidad y tipo de escarcha puede variar considerablemente. Lo anterior depende de la temperatura de la cámara, del tipo de producto almacenado, del a frecuencia de almacenaje del producto nuevo en la cámara, y del porcentaje en tiempo que la puerta esta abierta. Puede ser necesario cambiar periódicamente el numero de ciclos de deshielo o ajustar la duración de deshielo. Unidades condensadoras/evaporadores: Bajo condiciones normales, el mantenimiento debe cubrir los siguientes puntos por lo menos cada seis mese:

1. Revise y apriete todas las conexiones eléctricas. 2. Revise todo el cableado y aislamientos. 3. Revise el correcto funcionamiento de los contadores y el desgaste de los puntos

de contacto. 4. Revise todos los motores de los ventiladores. Ajuste los pernos de montaje del

motor, tuercas y ajustar los tornillos posicionamiento del ventilador 5. Limpie la superficie del serpentín del condensador. 6. Revise el nivel de aceite y refrigerante en el sistema. 7. Revise el funcionamiento del sistema de control. Asegúrese que los controles de

seguridad estén funcionando adecuadamente 8. Revise que todos los controles de deshielo estén funcionando adecuadamente. 9. Limpie la superficie del serpentín del evaporador. 10. Limpie la charola de drenado y revise que se tenga el correcto drenado de la

charola y la línea. 11. Cheque la resistencia de la tubería dren para una operación adecuada, cortarla del

tamaño requerido y fijarla adecuadamente. 12. Revise y apriete todas las conexiones tipo flare.

A continuación se detallan un programa de mantenimiento preventivo por elemento. 4.3 EVAPORADORES. Para que nuestros evaporadores se encuentren siempre en buen estado es recomendable realizar el siguiente mantenimiento y de esta manera tenemos la seguridad de que tendrán el tiempo estimado de vida util dado por el fabricante.




102

1. Checar los evaporadores mensualmente para mantener un deshielo apropiado. 2. La acumulación de hielo sobre el serpentín del evaporador puede causar

ineficiencias en la operación del sistema y puede perjudicar la superficie del serpentín por si sola.

3. Cada seis meses: Apretar todas las conexiones eléctricas del panel.

4. Checar el desgarre del aislamiento en los cables y alambres de la instalación eléctrica y hacer un cierto chequeo de apriete a todas las conexiones.

5. Checar los motores de los ventiladores y las aspas. 6. ¿Ver sí giran libremente las aspas? Checar las aspas por cualquier trayectoria de

giro inusual o fracturas por fatiga. 7. Mantener los motores con la lubricación apropiada, aplicar el lubricante correcto.

Reemplazar cualquier motor que presente problemas de giro ó que tenga los valeros dañados.

8. Checar todas las resistencias de deshielo. 9. Asegurarse que las resistencias estén en posición correcta para máxima

transferencia de calor en el serpentín del evaporador. Siguiendo las recomendaciones del fabricante.

10. Checar cada resistencia para un correcto amperaje. 11. Checar el voltaje en cada terminal de la resistencia. 12. Asegurarse que las terminales de la resistencia estén en buenas condiciones. 13. Limpiar la charola de drenado y checar que tenga un drenado apropiado. 14. Todas las materias extrañas deben ser removidas de la charola dren. El drenado

de la charola debe estar libre de cualquier obstáculo. 15. La línea de drenado debe estar libre de obstáculos con una inclinación visible

alejándose del evaporador. 16. Checar la línea de la resistencia del tubo dren en aplicaciones de baja temperatura

o de congelación. 17. Limpieza de la superficie del serpentín del evaporador. 18. El serpentín debe lavarse periódicamente para remover el polvo y otros materiales

extraños, los cuales pueden llegar a quedar atrapados entre las aletas. Puede usarse un limpiador de espuma de cierto grado. Siguiendo las instrucciones para una limpieza apropiada y nunca usar un limpiador de base ácida para limpiar los serpentines de refrigerante.

4.4 UNIDADES MOTOCOMPRESORAS (COMPRESORES). Es recomendable seguir estos pasos cada seis meses:

• Apretar todas las conexiones eléctricas. • Checar el desgarre del aislamiento en los cables y alambres de la instalación

eléctrica y las terminales corroídas. Reemplazar los alambres dañados. • Hacer un cierto chequeo de apriete a todas las conexiones. • Checar todos los componentes eléctricos




103

• Los contactores eléctricos deben ser inspeccionados de cerca para el desgaste y picado en los puntos de contacto. Los puntos deben limpiarse y pulirse. Checar contra cualquier decoloración en los conductores, lo cual puede indicar una pérdida del material del alambre ó una condición de sobrecorriente peligrosa. Cualquier material extraño que se encuentre en el contactor debe ser removido.

• Inspeccionar el motor del reloj de deshielo. Limpiar los puntos de contacto y lubricar los engranes del reloj. Asegurarse de que el mecanismo completo del reloj gira libremente.

• Checar todos los relevadores en sus contactos reemplazar el relevador si es necesario.

• Checar las conexiones eléctricas dentro de la caja de conexiones eléctricas del compresor.

• Checar la operación del sistema de control. • Checar en todos los controles de presión que su funcionamiento y ajuste sean los

adecuados. Siguiendo las recomendaciones del fabricante. • Checar los controles de seguridad. Asegurarse que los controles de seguridad del

aceite y de alta presión estén funcionando. • Asegurarse de la operación del termostato de temperatura del cuarto. Asegurarse

que la válvula solenoide de líquido cierre completamente, que el ciclo de bombeo cuando se efectué, el compresor pare enseguida.

• Checar el nivel de Aceite del compresor. • El nivel de aceite debe estar a ó entre 1/3 y 2/3 de la mirilla de cristal. • Checar la operación del calentador del cárter. • Checar la operación de los controles del deshielo. • Bajo la mayoría de las condiciones, el reloj debe iniciar el deshielo. Asegurarse de

que las resistencias de deshielo, limpian completamente la escarcha del serpentín del evaporador. El control de temperatura de la terminación del deshielo debe detener el ciclo de deshielo y mantener a los ventiladores del evaporador parados aproximadamente dos minutos antes de volver a operar.

• Checar las condiciones del aislamiento de la línea de refrigerante. • El aislante húmedo, abierto ó deteriorado proporciona pobres beneficios al

sistema. Si el aislamiento está en pobres condiciones deplorables, reemplazarlo de inmediato.

• Checar que el nivel de refrigerante en el sistema sea el apropiado. • La mirilla de cristal en la línea de líquido debe estar visible y llena de líquido

refrigerante durante una operación normal. Si no, encontrar y reparar la fuga para cargar suficiente refrigerante al sistema para mantener visible la mirilla de cristal.

• Checar el sobrecalentamiento del sistema en la unidad condensadora. • Sobrecalentamiento de succión debe checarse en el compresor como se indica a

continuación: • Medir la presión de succión en la válvula de servicio del compresor y determinar la

temperatura de saturación correspondiente a esta presión en la tabla “Presión-Temperatura”.




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• Medir la temperatura de succión sobre la línea de succión aproximadamente a un pie (ft) (30.5 cm.) antes del compresor usando un termómetro de precisión.

• Restar la temperatura saturada de la temperatura actual de la línea de succión. La diferencia es el sobrecalentamiento.

• El sobrecalentamiento en la succión demasiado bajo puede dar como resultado el retorno de líquido al compresor. Esto puede causar disolución del aceite, y eventualmente fallas en los cojinetes, anillos o posiblemente, fallas en la válvula.

• Un sobrecalentamiento muy elevado en la succión dará como resultado temperaturas de descarga excesivas, las cuales pueden provocar que el aceite se degrade y provoque un desgaste en los anillos del pistón, daños al pistón y a las paredes del cilindro.

• Para la máxima capacidad del sistema, el sobrecalentamiento de succión debe mantenerse tan bajo como práctico sea. Frigus Bohn recomienda que el sobrecalentamiento en el compresor no sea menor de 30° F (6.6° C). Si el sobrecalentamiento en la línea de succión requiere de ajustes, la válvula de expansión en el evaporador debe ser ajustada. Siguiendo las recomendaciones del fabricante.

• Checar todos los capilares y las líneas con mangueras especiales. • Asegurarse que todos los capilares y las líneas con mangueras especiales sean

seguras, y no tengan roce contra objetos los cuales pueden provocar fugas de refrigerante.

• Reemplazar todos los tapones perdidos de las válvulas y las cubiertas de la unidad.

4.5 CONDENSADORES. Cada seis meses - o antes si las condiciones locales provocan la obstrucción o ensuciamiento de los pasos de aire a través de la superficie aletada.- Efectuar lo siguiente:

1. El serpentín del condensador debe ser limpiado y lavado 2. Limpiar periódicamente con un cepillo, aspiradora agua presurizada, o una

solución jabonosa limpiadora de serpentines comercial. Si se usa una SOLUCION jabonosa limpiadora, ésta no debe ser de base ácida. Seguir las instrucciones en la etiqueta del limpiador adecuado.

3. Checar la operación de los ventiladores del condensador. 4. Checar que cada ventilador gire libremente. 5. Apretar todos los tornillos que sujetan el ventilador. 6. Checar las aspas del ventilador para cualquier señal de fatiga u otras

características de desgaste. Si cualquier desgaste anormal es observado, cambiar las aspas.

7. Lubricar los motores si es pertinente. (La mayoría de los motores de los condensadores están permanentemente sellados y no requieren de lubricación).

8. Reemplazar cualquier motor que este dañado.




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ANEXOS




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TEMPERATURAS EXTRIORES DE DISEÑO EN VERANO

B.S B.H ALTITUD LUGAR °C °F °C °F EN METROS

AGUASCALIENTES Aguas Calientes 34 93 19 66 1879 BAJA CALIFORNIA Ensenada 34 93 26 79 13 Mexicali 43 109 28 82 1 La Paz 36 97 27 81 18 Tijuana 35 95 26 79 29 CAMPECHE Campeche 36 97 26 79 25 Ciudad del Carmen 37 99 26 79 3 COAHULIA Matamoros 34 93 21 70 1120 Monclova 38 100 24 75 586 Nueva Rosita 41 106 25 77 430 Piedras negas 40 104 26 79 220 Saltillo 35 95 22 72 1609 COLIMA Colima 36 97 24 75 494 Manzanillo 35 95 27 81 3 CHIAPAS Tapachula 34 93 25 77 168 Tuxtla Gutiérrez 35 95 25 77 536 CHIHUAHUA Camargo 43 109 23 73 1653 Casas Grandes 43 109 25 77 1478 Chihuahua 35 95 23 73 1423 Ciudad Juárez 37 99 24 75 1137 Parral 32 90 20 68 1652 DISTRITO FEDERAL México Tacubaya 32 90 17 63 2309 DURANGO Durango 33 91 17 63 1898 Guadalupe Victoria 43 109 21 70 1982 Ciudad Lerdo 36 97 21 70 1140 Santiago Papasquiaro 38 100 21 70 1740




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B.S B.H ALTITUD

LUGAR °C °F °C °F EN METROS GUANAJUATO Celaya 38 100 20 68 1754 Guanajuato 32 90 18 64 2030 Irapuato 35 95 19 66 1724 León 34 93 20 68 1809 Salvatierra 35 95 19 66 1761 Silao 36 97 20 68 1777 GUERRERO Acapulco 33 91 27 81 3 Chilpancingo 33 91 23 73 1250 Iguala 39 102 22 72 735 Taxco 34 93 20 68 1755 HIDALGO Pachuca 29 84 18 64 2445 Tulancingo 32 90 19 66 2181 JALISCO Guadalajara 33 91 20 68 1589 Lagos de Moreno 39 102 20 68 1880 Puerto Vallarta 36 97 26 79 2 MÉXICO Texcoco 32 90 19 66 2216 Toluca 26 79 17 63 2675 MICHOACÁN Apatzingan 39 102 25 77 682 Morelia 30 86 19 66 1923 La Piedad 34 93 20 68 1775 Uruapan 34 93 20 68 1611 Zamora 35 95 20 68 1633 Zacapu 32 90 19 66 2000 MORELOS Cuautla 42 108 22 72 1291 Cuernavaca 31 88 20 68 1538 NAYARIT Acaponeta 37 99 27 81 25 San Blas 33 91 26 79 7 Tepic 36 97 26 79 918




108

B.S B.H ALTITUD LUGAR °C °F °C °F EN METROS

NUEVO LEÓN Linares 38 100 25 77 684 Montemorelos 39 102 25 77 432 Monterrey 38 100 26 79 534 OAXACA Oaxaca 35 95 22 72 1563 Salina Cruz 34 93 26 79 56 PUEBLA Huahuachinango 37 99 21 70 1600 Puebla 29 84 17 63 2150 Tehuacan 34 93 20 68 1676 Teziutlan 36 97 22 72 1990 QUERÉTARO Querétaro 33 91 21 70 1842 QUINTANA ROO Cozumel 33 91 27 81 3 Payo Obispo 34 93 27 81 4 SAN LUIS POTOSI Matehuala 36 97 22 72 1597 San Luis Potosi 34 93 18 64 1877 SINALOA Culiacán 37 99 27 81 53 Escuinapa 33 91 26 79 14 Mazatlán 31 88 26 79 78 Topolobambo 37 99 27 81 3 SONORA Ciudad Obregón 43 109 28 82 40 Empalme 43 109 28 82 2 Guaymas 42 108 28 82 4 Hermosillo 41 106 28 82 211 Navojoa 41 106 28 82 38 Nogales 37 99 28 82 1177 S. Luis Rio Colorado 51 124 30 86 40




109

B.S B.H ALTITUD LUGAR °C °F °C °C

TABASCO Villahermosa 37 99 26 79 10 TAMAULIPAS 32 Matamoros 36 97 26 79 12 Nuevo Laredo 41 106 25 77 140 Tampico 36 97 28 82 18 Ciudad Victoria 38 100 26 79 321 TLAXCALA Tlaxcala 28 82 17 63 2252 VERACRUZ Alvarado 35 95 26 79 9 Córdoba 36 97 23 73 871 Jalapa 32 90 21 70 1399 Orizaba 34 93 21 70 1248 Tuxpan 37 99 27 81 14 Veracruz 33 91 27 81 16 YUCATÁN Mérida 37 99 27 81 22 Progreso 36 97 27 81 14 ZACATECAS Fresnillo 36 97 19 66 2250 Zacatecas 28 82 17 63 2612




110

RESISTENCIA

MATERIAL DENSIDAD TEMPERATURA CONDUCTIVIDAD CONDUCTANCIA por plg total MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Concreto, Arena y Grava 140 75 12.0 0.08

Ladrillo común 120 75 5.0 0.20

Ladrillo de Fachada 130 75 9.0 0.11 Ladrillo hueco de 2 celdas, 6'' 75 0.66 1.52 Bloque de concreto, Arena y Grava, 8'' 75 0.90 1.11 Bloque de concreto, cenizas, 8'' 75 0.58 1.72 Yeso para estucar, Arena 105 75 5.6 0.18

MATERIAL AISLANTE

Capa de lana mineral 0.5 75 0.32 3.12

Capa de fibra de vidrio 0.5 75 0.32 3.12

Placa de corcho 6.5-8.0 0 0.25 4.0

Placa de fibra de vidrio 9.5-11.0 -16 0.21 4.76 Uretano expandido, R-11 0 0.17 5.88

Poliestireno expandido 1 0 0.24 4.17

Placa de lana mineral 15 0 0.25 4.0 Cubierta de techo aislante de 2'' 75 0.18 5.56 Relleno suelto de lana mineral 2.0-5.0 0 0.23 4.35

Perlita expandida 5.0-8.0 0 0.32 3.12

TECHOS Techos de asbesto-cemento 120 75 4.76 0.21 Asfalto en rollo para techos 70 75 6.50 0.15




111

Techo prefabricado 3.8'' 70 75 3.0 0.33

Tejas de madera 75 1.06 0.94

MATERIALES PARA PISOS Alfombra-con bajo alfombra de fibra 75 0.48 2.08 Alfombra-con bajo alfombra de hule espuma 75 0.81 1.23

Losa de corcho de 1/8'' 75 3.60 0.28

Terrazgo, 1'' 75 12.50 0.08 Loseta Asfáltica de vinilo o Linoleum 75 20.0 0.05 Subsuelo de madera de 25/32'' 1.02 0.98 Suelo de madera de 3/4'' 1.47 0.68

VIDRIO

Vidrio plano sencillo 0.73 1.37

Vidrio aisalnte doble 0.49 2.04

Vidrio aislante triple 0.38 2.63

Ventanas de tormenta 1.40 2.27

MATERIALES PARA ACABADOS Placa de asbesto-cemento 120 75 4.0 0.25

yeso de 1/2'' 50 75 0.25 0.45

Triplay 34 75 0.8 1.25 Revestimento de madera 20 75 0.38 2.63

Fibracel 65 75 1.40 0.72 Fieltro permeable al vapor 75 16.70 0.06 Película plástica impermeable 75

MADERAS




112

Madera biselada de 1x8 75 1.23 0.81 Arce, roble, madera dura 45 75 1.10 0.91 Abeto, pino, medera blanda 32 75 0.80 1.25

VARIOS

Agua 4.2 0-24

Nieve 1.2-3.6 0.83-0.27

Tierra 7.2-12.0 0.14-0.08

Aserrín 75 0.45 2.22




113

CALOR DISIPADO POR LAS PERSONAS DENTRO DEL ESPACIO REFRIGERADO (Utilizar para proyectos de Refrigeración)

TEMPERATURA DEL CALOR DISIPADO/PERSONA

REFRIGERADOR EN ºF BTU/hr

50 720 40 840 30 950 20 1050 10 1200 0 1300

-10 1400

CANTIDAD DE CALOR DESPRENDIDO/PERSONAS EN BTU/hr

(Utilizar para proyectos de Acondicionamiento de Aire) TIPO DE ACTIVIDAD Hs Hl Ht Para personas sentadas en reposo 195 155 350 Personas sentadas con trabajo ligero 195 205 400 Personas paradas con trabajo ligero 200 250 450 Personas caminado en intervalos 200 300 500 Personas con trabajo ligero 220 530 750 Personas con trabajo medio 300 700 100 Personas con trabajo pesado 465 985 1450 Personas con trabajo muy pesado 500 150 2000




114

CALOR DISIPADO POR LOS MOTORES ELÉCTRICOS BTU POR (HP)(HORA)

Motor y ventilador Motor fuera y Motor dentro y

HP DEL MOTOR dentro del cuarto

ventilador dentro

ventilador fuera

De 1/8 a 1/2 4250 2545 1700 De 1/2 a 3 3700 2545 1150 De 3 a 20 2950 2545 400

CAMBIOS DE AIRE CADA 24 HORAS EN CUARTOS FRÍOS DEBIDOS

A LA APERTURA DE PUERTAS E INFILTRACIÓN Volumen metros cubicos

Volumen pies cubicos

ambios de aire cada 24hrs

6 200 44 8 300 34.5

11 400 29.5 14 500 26 17 600 23 23 800 20 28 1000 17.5 42 1500 14 57 2000 12 85 3000 9.5

113 4000 8.2 142 5000 7.2 170 6000 6.5 226 8000 5.5 283 10000 4.9 425 15000 3.9 566 20000 3.5 708 25000 3 850 30000 2.7

1133 40000 2.3 1416 50000 2 2124 75000 1.6 2832 100000 1.4




115

Pared Este Pared Sur

Pared Oeste

Techo Plano

TIPO DE SUPERFICIE ºF que se añaden a la diferencia de temperatura

normal en los cálculos de transmisión de calor

para compensar el efecto solar SUPERFICIES DE COLOR OSCURO

Techo de arcilla negra Techo de chapopote 8 5 8 20 Pintura negra SUPERFICIES DE COLOR MEDIO OSCURO

Madera sin pintar Ladrillo Losa roja 6 4 6 15 Cemento oscuro Pintura roja, gris, verde SUPERFICIES DE COLOR CLARO

Piedra blanca Cemento de color claro 4 2 4 9 Pintura blanca

AUMENTO DE TEMPERATURAS SOBRE LAS CONDICIONES EXTERIOR RECOMEDABLES

PARA EL CÁLCULO DEL EFECTO SOLAR TIPO DE SUPERFICIE ∆T (ºF) Para muros claros al oriente 15 Para muros claros al poniente 30 Para muros claros al sur 20 Para ventanas al oriente 25 Para ventanas al poniente 40 Para ventanas al sur 50 Para techos horizontales claros 45 Para tragaluces horizontales 60

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL - tesis.ipn.mx · 1.5 refrigeraciÓn domÉstica 6 1.6 refrigeraciÓn comercial 6 1.7 refrigeraciÓn industrial 6 1.8 aire acondicionado 6 1.9 refrigeraciÓn