Camaras Frigorificas

CMARAS FRIGORFICAS

1. INTRODUCCIN .

2. PROCESOS DE REFRIGERACIN Y

CONGELACIN

3. CARACTERSTICAS CONSTRUCTIVAS

4. CLCULO.

5. SELECCIN DE UNIDADES Y ACCESORIOS.

6. PRESENTACIN DE PROYECTO.

REFRIGERACIN

Prof. Mara E. Jinete

CMARAS FRIGORFICASBibliografa:

Industrial refrigeration handbook. W.F. Stoecker. McGraw-

Hill. 1998.

Principio y Sistemas de Refrigeracin. Edwar G. Pita.

Limusa 2006.

Calor y fro industrial II (Mecnica-Mquinas). UNED. 1984

Aislamiento, clculo y construccin de cmaras frigorficas.

P. Melgarejo. 1995

Clculos en instalaciones frigorficas. J.M. Pinazo. UPV.

1995 .

Normativa

1. INTRODUCCIN:

Aplicaciones industriales del fro:

Conservacin, congelacin y transporte de productos

perecederos.

Acondicionamiento de aire.

Procesos industriales.

1. INTRODUCCIN:

Conservacin, congelacin y transporte de

productos perecederos:

Objetivo:

Mantener la calidad y las propiedades de los alimentos,

prolongando los periodos de conservacin, con prdidas

mnimas de peso, sin empeoramiento de las

caractersticas(sabor, aspecto).

1. INTRODUCCIN:

Tratamientos:

Primarios:

Enfriamiento:

Refrigeracin (T> T de congelacin)

Congelacin (-40C < T

1. INTRODUCCIN:

Magnitudes a controlar:

1. Temperatura del aire o medio alrededor del producto.

2. Humedad relativa del aire, especialmente la de losproductos refrigerados (no congelados).

3. Velocidad del aire en el ambiente del producto.

4. Eventualmente la pureza de dicho ambiente, que esfuncin del tipo de tratamiento y el tipo de producto(existe diferencias entre la materia viva (vegetales)y los productos derivados de animales (carnes ypescados).

2. REFRIGERACION Y CONGELACIN

2.1.- Refrigeracin

Se entiende por alimento refrigerado, aquel que ha sido

enfriado hasta la temperatura ptima de almacenamiento,

de forma que aquella sea superior a la de su punto de

congelacin.


2.1.- Refrigeracin

Observaciones:

cada producto requiere condiciones particulares;

necesidad de un control preciso de la temperatura, ya que

en ocasiones se opera en condiciones muy prximas a la

congelacin;

importancia del control de la humedad relativa.

2.1.- REFRIGERACIN

Ejemplos de condiciones de diseo para refrigerar algunos

productos:

Aplicaciones Temperatura

(C)

Humedad

Relativa (%)

Tiempo

Carne 2-4 80 85

Pescado -1 a 4 75 95

Manzanas 0 a 3 90 95 3 -8

meses

Melocotones -0,5 a 0 90 95 2 -4

semanas

Tomates 7 a 10 90 95 4 7

das



2.2.- Congelacin

Se entiende por alimento congelado aquellos en el que la

mayor parte de su agua de constitucin se encuentra como

hielo.

El alimento ultracongelado es aquel en el que la

congelacin se efecta de forma que el intervalo de

mxima cristalizacin transcurre rpidamente; en el que la

temperatura de equilibrio alcanza 18C (o una

temperatura inferior); en el que la temperatura se mantiene

por debajo de 18C (o inferior) durante su

almacenamiento, transporte y distribucin.


2.2.- Congelacin

Observaciones:

el agua en el producto forma una disolucin salina, por

lo que las temperaturas son inferiores a las de

congelacin del agua pura.

la formacin de cristales de hielo rompe la estructura

de los alimentos. Se evita su formacin haciendo el

proceso de congelacin lo ms rpidamente posible.

Ejemplos de condiciones de diseo para congelar algunos

productos:

Aplicaciones Temperatura de

congelacin

(C)

Aplicaciones Temperatura de

congelacin

(C)

Carne de ave -2,7 Carne de

vacuna

-2

Pescado -2,2 Lcteos -4 a -0,5

Frutas -0,3 a -3 Hortalizas -0,5 a 1,5


2.3. Calentamiento y descongelacin

A la salida de las cmaras frigorficas, sobre los

productos refrigerados o congelados, condensa el

vapor de agua existente en el aire ambiente,

crendose un medio acuoso favorable para el

desarrollo de microorganismos contaminantes.



Un modo de impedir esta humidificacin es mediante un

calentamiento progresivo.

Para ello se suele emplear aire a ms temperatura, siempre

por encima de la del producto en unos 3C, permaneciendo

la humedad relativa en torno al 80%.



Los productos congelados pueden requerir unadescongelacin:

- Esta descongelacin (al contrario de lo que ocurracon la congelacin), conviene que sea lenta, con el finde que el producto reabsorba el agua lquida.

- Se puede mejorar la reabsorcin del agua mediante laelevacin de la temperatura del producto.

- La descongelacin puede efectuarse con aire calienteo tambin con agua caliente



3.- CARACTERSTICAS CONSTRUCTIVAS

- AISLANTES:

Objetivos:

Facilitar el mantenimiento de la temperatura, ajustando lasprdidas de calor a unos valores prefijados (por unidad desuperficie).

Evitar condensaciones sobre superficies.

Maximizar el ahorro con la seleccin del espesoreconmico ptimo.

- PROPIEDADES.

Baja conductividad.

Baja higroscopicidad.

Incombustible.

Resistente a la compresin y a la traccin.

Subdivisin y formas de aislantes: (UNE 100-171-89)

Denominacin Materiales Rango de aplicacin

MIF

Materiales Inorgnicos Fibrosos

Lana de roca.Fibra de vidrio.Asbesto o Amiento.

Desde -50C hasta

650C

Segn el material.

MIC

Materiales Inorgnicos

Celulares

Vidrio Celular Desde -50C hasta

100C

En planchas rgidas.

MOC

Materiales Orgnicos Celulares

Corcho.Poliestireno.Poliuretano.Espumas.

Desde -50C hasta

100C


3.1.- Aislantes:

3.1.1.- Espesor de aislamiento

Determinacin del flujo de calor y de las temperaturas superficiales (pared plana):

donde:

A= rea de la superficie de la pared exterior (pies2 ).

U= Coeficiente global de transmisin de calor en BTU/hF pies2.

Te = Temperatura exterior. (F)

Ti= Temperatura de diseo (F)

x=espesor en pulgadas de la divisin (pared, techo, suelo)

k=conductividad trmica del material en Btu plg/ h F pies2

hi= conductancia superficial interna en BTU/hF pies2..

ho= conductancia superficial externa BTU/hF pies2..


3.1.- Aislantes:

0/1//1

1

)(

hkxhU

TTAUTAUQ

iii

ie

1. Clculo del espesor de aislamiento necesario fijado el

valor de Q:

Cmaras de congelacin o conservacin de congelados:

Cmaras de refrigeracin:


3.1.- Aislantes:


2max22,2

pieshr

BtuQ

2max96,2

pieshr

BtuQ

2. Clculo del espesor de aislamiento necesario fijando el

valor de las temperaturas superficiales:



3.1.- Aislantes:

aislantei

i

ioaislante k

k

x

hhQ

Tx

11

max

aislanteii

ioosee

ieaislante k

k

x

hhhTT

TTx

11

3.2.- Pantallas antivapor

3.2.1.- Condensacin

La presin parcial del vapor en el interior de las cmaras

frigorficas es distinta a la que existe en el ambiente

exterior.

El vapor de agua se difunde de las zonas de mayor presin

a las de menor presin.


3.2.2.- Materiales y mtodos de construccin


3.2.- Pantallas antivapor

3.3.- Prevencin de la congelacin del suelo:

Se debe considerar la seccin del suelo por debajo de unacmara (o espacio refrigerado) a temperatura por debajode 0C. A pesar del aislamiento, debido al contenido dehumedad del suelo, el agua en l contenido puedecongelarse, con el riesgo de fractura de la estructura.

Mtodos de calentamiento:

Construccin de un vaco sanitario: mediante el cual sehace circular aire.

Calentamiento mediante resistencias.

Calentamiento por medio de agua glicolada (bastar que latemperatura de suministro sea igual a 10C o 15C).


4.- CARGA TRMICA

De manera general se puede decir que la carga total de

refrigeracin se compone de las siguientes partes:

4.- CARGA TRMICA

4.1 Carga por transmisin a travs de paredes, techo, piso.

4.2 Carga por infiltracin de aire, es la ganancia de calor

asociada con el aire que entra en el espacio refrigerado.

4.3 Cargas internas, es el calor producido por fuentes

internas, tales como: luces, motores elctricos y personas

trabajando en el rea.

4.4 Carga por productos, es el calor removido y producido

por los productos introducidos y mantenidos en el espacio

refrigerado.

4.5 Carga relacionada con el equipo de refrigeracin.

4.1.- CARGA TRMICA

4.1. CARGA A TRAVS DE PAREDES, TECHOS Y SUELOS:

Representan aproximadamente el 60% de la carga total.

: Diferencia de temperatura:

Para paredes:

Techo:

Suelo:

con vaco sanitario

0/1//1

1 donde ,

hkxhUTAUQ

iiiEstructura

T

exteq TT 15

2

15 exteq

TT

)( intTTT eq

4.1.- CARGA TRMICA

4.2. CARGA DEBIDA A INFILTRACIONES:

Representa aproximadamente el 10% al 30% de la carga por

transmisin

V: renovaciones de aire. Suele darse un valor en funcin del volumen

de la cmara.

Donde;

Q= Ganancia de calor por infiltracin en 24 horas

NC= Nmeros de cambio de aire por 24 horas.

Vint.= Volumen interior de la cmara en Pies3.

C= calor removido al enfriar el aire exterior hasta la temperatura

del cuarto de almacenamiento en (Btu/pies3).

int.inf hhVQ ext

CVNCQ int.inf

4.1.- CARGA TRMICA

4.3. CARGAS INTERNAS:

Estas cargas provienen del calor cedido por las luces internas, los

motores que funcionan en el recinto y las personas que trabajan en la

cava.

Iluminacin,

Como el sistema de alumbrado viene dado en vatios, la carga diaria se

puede calcular de la forma siguiente:

Donde:

P corresponde a la potencia en vatios del alumbrado.

tp es el tiempo de utilizacin diaria de las luces en hr/da.

Si las lmparas son fluorescentes, la carga se debe multiplicar por 1.25

para considerar el consumo complementario de las reactancias.

tpwhBtuPQilum /42.3

4.1.- CARGA TRMICA

4.1.3. CARGAS INTERNAS:

Personas:

Las personas contribuyen a la carga de refrigeracin, la contribucin

vara dependiendo de la temperatura del recinto, actividad de las

personas, etc. Sin embargo esta carga se puede estimar con la relacin

siguiente

Donde

Q= calor entregado de las personas en el tiempo de permanencia en la

cmara, en (Btu/24hr)

Tint =temperatura interior de diseo del recinto a enfriar en F .

tp =tiempo de permanencia de las personas dentro de la cmara en

hr/dia

tp)T11,5-(1295 Q intpers

4.3. CARGAS INTERNAS:

Motores

La ganancia de calor originada por motores elctricos, se puede

obtener de la tabla

Por lo tanto, la carga total interna:

4.1.- CARGA TRMICA

motor.ilum.pers.int Q QQQ

4.1.4 GANANCIAS DEBIDAS AL PRODUCTO

Considera el calor que debe ser eliminado del producto refrigerado a fin de que

la temperatura del mismo baje hasta los niveles deseados.

Productos Refrigerados (no vegetales)

Donde:

Qprod= calor transferido del productos en Btu/ 24hr.

Qprod-veg/frut= calor transferido de los vegetales o frutas en Btu/ 24hr.

mprod= Cantidad de producto que entra diariamente a la cmara en lbm/ 24hr.

CPant-cong= calor especifico del producto antes de congelarse en (Btu/hr F)

Tent-prod= temperatura en la que entra el producto a la cmara en (F)

)T-(T cp

:TT

intprod-entcong-ant.

congint

prodprod mQ

4.1.- CARGA TRMICA

4.1.4 GANANCIAS DEBIDAS AL PRODUCTO

Productos Refrigerados (vegetales y frutas)

Donde:

Qprod= calor transferido del productos en Btu/ 24hr.

Qprod-veg/frut= calor transferido de los vegetales o frutas en Btu/ 24hr.

mprod= Cantidad de producto que entra diariamente a la cmara en lbm/ 24hr.

CPant-cong= calor especifico del producto antes de congelarse en (Btu/hr F)

Tent-prod= temperatura en la que entra el producto a la cmara en (F)

CR= Calor por respiracin en Btu/hr/lbm.

4.1.- CARGA TRMICA

CRmmQ prodprodprod

)T-(T cp

:TT

intprod-entcong-ant.

cong

4.4 GANANCIAS DEBIDAS AL PRODUCTO

congdespproduclatenteproduccongantesproducproduc QQQQ

....

cong :TT :congelados Productos

4.1.- CARGA TRMICA

)T-(T cp congentcong-ant..

produccongantesproduc

mQ

)T-(T cp intcongcong-desp..

produccongdespproduc

mQ

h cong..

produclatenteproduc

mQ

4.4 GANANCIAS DEBIDAS AL PRODUCTO

Donde:

= calor transferido del productos en Btu/ 24hr.

= Cantidad de producto que entra diariamente a la cmara en lbm/ 24hr.

= calor especifico del producto antes de congelarse en (Btu/hr F)

=calor especifico del producto despues de congelarse en (Btu/hrF)

Tent-prod= temperatura en la que entra el producto a la cmara en (F).

Tint= temperatura interior de diseo del producto en la cmara en (F).

Tcog= temperatura de congelacin del productos en (F).

hcong= calor latente de congelacin del producto en Btu/lbm.

4.1.- CARGA TRMICA

.producm

.producQ

cp cong-ant

cong-despcp

4.5 Carga relacionada con el equipo de refrigeracin.

Los ventiladores situados en los evaporadores generan una

cierta cantidad de calor durante su funcionamiento. La

determinacin exacta de sta contribucin resulta difcil a priori,

ya que inicialmente no se conoce cul equipo se va a instalar, y

por tanto cul ser la potencia de dichos ventiladores. Si se

conoce o se estima la potencia, solamente habr que

multiplicarla por el tiempo que est funcionando el ventilador.

En definitiva, la contribucin por el calor desprendido por los

ventiladores ser:

tPV

Q

4.1.- CARGA TRMICA

CARGA TOTAL:

Llamaremos carga total carga total diaria a la suma de

todas las cargas producidas en un da (24 horas):

4.1.- CARGA TRMICA

..inf.Q)24/(Q equipmotorproducestructotal QQQhrBtu

TIEMPO DE OPERACIN DEL COMPRESOR:

La carga total de enfriamiento fue hallada para periodos de 24 h y porlo tanto se expresa en Btu/24 h.

En la prctica, el aire que pasa sobre el serpentn de enfriamiento esenfriado a una temperatura inferior a la de su punto de roco,produciendo condensacin sobre la superficie del serpentn. Si latemperatura del serpentn es menor a la temperatura de congelamientodel agua, la humedad se congela produciendo la conocida escarchasobre el serpentn. La acumulacin de escarcha produce en el serpentnaislamiento de este y por lo tanto disminuye su capacidad, as que escrucial elevar peridicamente la temperatura del serpentn, para producirel deshiele de este.

Para tomar en cuenta el descarchado de los evaporadores, la carga sedetermina para un periodo de tiempo menor que 24 horas.

Para cmaras con temperaturas superiores a 35 F ms, es habitualtomar 16 horas como tiempo de funcionamiento del compresor condescongelamiento y 18 a 20 horas sin descongelamiento. Para cmarascon temperaturas menores a 35 F es comn tomar 18 a 20 horas porda como tiempo de operacin del compresor.

CARGA TOTAL EN (BTU/HR)

Por lo tanto, para calcular la carga requerida del equipo en

Btu/hr, se divide la carga total que corresponde al periodo

de 24h. entre el tiempo por da deseado de funcionamiento

del equipo.

)(__

)24/(Q)/(Q

hroperaciondetiempo

hrBtuhrBtu totaltotal

DIFERENCIA DE TEMPERATURA DEL EVAPORADOR Y HUMEDAD DE LA

CMARA

CLASES DE SERPENTINES SERPENTINES DE AIRE

FORZADO, F

SERPENTINES DE

CONVECCIN NATURAL, F.

1 6 - 9 14 - 18

2 9 - 12 18 - 22

3 12 - 20 21 - 28

4 Mayor que 20 27 - 37

TABLA. Diferencia de temperatura del evaporador recomendada para diferentes clases

de alimentos.

La diferencia de temperatura se define como la temperatura promedio del equipo

menos la temperatura promedio del refrigerante.

Clases de alimento:

Clase 1: productos tales como huevos, mantequilla y queso sin empaquetar y la mayora de las legumbres mantenidas durante perodos largos. Dichos productos

requieren una humedad relativa muy alta, ya que es necesario que tenga lugar

una evaporacin mnima de la humedad, durante el almacenamiento.

DIFERENCIA DE TEMPERATURA DEL EVAPORADOR Y HUMEDAD DE LA

CMARA

CLASES DE SERPENTINES SERPENTINES DE AIRE

FORZADO, F

SERPENTINES DE

CONVECCIN NATURAL, F.

1 6 - 9 14 - 18

2 9 - 12 18 - 22

3 12 - 20 21 - 28

4 Mayor que 20 27 - 37


de alimentos.

Clase 2: Productos tales como cortes de carne, frutas y productos similares. Requieren una alta humedad relativa, pero no tan alta como la Clase 1.

Clase 3: Carne en canal y frutos tales como melones que tiene la cscara dura. Estos productos requieren humedad relativa moderada, debido a que la cantidad

de evaporacin de humedad es moderada.

Clase 4: productos como enlatados y embotellados, u otros productos que tengan una cubierta protectora.

DIFERENCIA DE TEMPERATURA DEL EVAPORADOR PARA HUMEDAD RELATIVA

DESEADA

INTERVALO DE

TEMPERATURA, F

HUMEDAD RELATIVA

DESEADA %

DT (del refrigerante al aire),

F

25-45 90 18 - 12

25-45 85 10 - 14

25-45 80 12 - 16

25-45 75 16 - 22

10 y ms ----- 15 0 mnos


de alimentos.

EJEMPLO N1

Un enfriador para almacenamiento de fruta a

35F, tiene una carga calculada de

refrigeracin de 280000Btu/dia. Determine la

carga del equipo y seleccionar una unidad de

enfriamiento, con un perodo de detencin para

descongelamiento.


EJEMPLO N1

Solucin:

El tiempo recomendado de operacin del

compresor es de 16 horas. La carga horaria

corregida es:


)(__

)24/(Q)/(Q

hroperaciondetiempo

hrBtuhrBtu totaltotal

hrBTUhrBtutotal /1750016

280000)/(Q

EJEMPLO N1

Se selecciona una diferencia de temperatura

de 12F recomendado.Tabla. Capacidad nominal de las unidades de enfriamiento.


TAMAO

DEL MODELO

Btu /hr Potencia

en Watts10 F TD 12 F TD 15 F TD

A 4500 5400 6750 110

B 5400 6480 8100 120

C 6300 8160 10000 220

D 8700 10440 13050 240

E 10600 12720 15900 240

F 13500 16200 20250 360

G 18000 21600 27000 480

H 22500 27000 33750 600

EJEMPLO N1

De la tabla anterior se encuentra que una

solucin tentativa es la utilizacin de una

unidad de enfriamiento MODELO G.

Los motores ventiladores tienen una carga total

de 480Watts, por lo tanto la carga del

ventilador del evaporador es:


r19140BTU/h164017500real arg

/16401

/41,3480

aC

hrBTUW

hrBTUW

EJEMPLO N1

El modelo G sigue siendo adecuado para

la carga y se selecciona esta unidad.


EQUILIBRIO DE LOS COMPONENTES

Debido a que el equipo se fabrica con capacidades quese incrementan progresivamente, es extremadamenteimprobable que cada uno de los componentesseleccionados tengan la capacidad que se ajusteexactamente a la carga de diseo en las condicionesrequerida. Adems de este hecho, cuando loscomponentes (compresor, condensador, evaporador)son instalados y operan en un sistema , cada uno deellos ejerce un efecto sobre el funcionamiento del otro.Esto da como resultado que el sistema de refrigeracinopere a alguna operacin fija de capacidad ytemperatura y esto se conoce como condicin o puntode balance (o equilibrio).


FUNCIONAMIENTO DEL COMPONENTE INDIVIDUAL

La capacidad se refiere a la capacidad

refrigeracin del sistema, sin importar cul sea

el componente de que se trate.


CURVAS DE FUNCIONAMIENTO DE UN COMPRESOR

RECIPROCANTE.


85000

115000

75000

95000

105000

125000

65000

55000

Capacidad,

BTU/hr

45000

35000

25000

Temperatura de evaporacin F

0 30 40 4515 20 5025105 35

130

110

100

90

120

CURVAS DE FUNCIONAMIENTO DE UNA UNIDAD

CONDENSADORA.


85000

115000

75000

95000

105000

125000

65000

55000

Capacidad,

BTU/hr

45000

35000

25000


0 30 40 4515 20 5025105 35

110

100

90

CURVAS DE FUNCIONAMIENTO DE UNA EVAPORADORA DE

TIRO FORZADO


85000

115000

75000

95000

105000

125000

65000

55000

Capacidad,

BTU/hr

45000

35000

25000


0 30 40 4515 20 5025105 35

35 40 45

Temperatura del aire de

entrada, F

50

PROCEDIMIENTO PARA EQUILIBRAR LOS

COMPONENTES.

El procedimiento general consiste en trazar las

curvas de operacin de funcionamiento de

cada componente sobre la misma grfica. El

punto de interseccin de las curvas de dos

componentes indican el punto de balance. Esto

es el punto que representa la condicin de

capacidad y de operacin de los componentes

cuando operan juntos como un solo sistema.


CURVAS DE FUNCIONAMIENTO DE UNA UNIDAD DE CONDENSACIN

ENFRIADA POR AIRE Y UN EVAPORADOR DE AIRE FORZADO


40000

50000

30000

Capacidad,

BTU/hr

20000

10000


0 30 40 4515 20 5025105 35

105

95

85Temperatura de

ambiente, F

DESEQUILIBRIO DE LOS COMPONENTES Y LAS

CONDICIONES INTERIORES.

El diagrama de funcionamiento del sistema

puede utilizarse para diagnosticar las fallas,

especialmente determinar si los componentes

estn desbalanceados, esto es, si uno de los

componentes tiene un tamao excesivo

comparado con otro.


EJEMPLO N3

Una cmara de almacenamiento que contiene

fresas fresca, se ha de mantener a 32F y 90%

HR. La temperatura del aire ambiente es de 85

F. La carga de refrigeracin es de

23000BTU/hr. Se utiliza la unidad de

condensacin enfriada por aire y el evaporador

de aire forzado. Es esta una combinacin

satisfactoria?


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